TW202423597A - 用於雷射防護之組件 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種用於雷射防護的組件(14a，14b)，該組件具有用於反射和/或吸收雷射射束(18)的光學元件(16a，16b)以及感測器(30a，30b)，該感測器佈置在光學元件(16a，16b)上或者與光學元件(16a，16b)間隔開佈置，以探測穿過光學元件(16a，16b)的雷射射束(18)的透射。感測器(30a，30b)具有基底(42)，在基底(42)的表面上佈置有導體線路(44a，44b)，其中導體線路(44a，44b)以迷宮形狀被引導。

Description

用於雷射防護之組件

本發明關於一種用於雷射防護的組件。本發明還關於一種雷射防護系統。

從先前技術已知(例如在雷射射束取向錯誤時)防護雷射射束的組件。

WO 2015/172816 A1公開了如下溫度感測器：該等溫度感測器與溫度監測單元相連接，以便監測雷射射束在通過開口時的正確取向。

從EP 2119531 A1中已知一種雷射防護窗，在該雷射防護窗中，感測器檢測由雷射射束在雷射防護窗中產生的次級輻射。

EP 2338635 B1公開了一種雷射防護壁，該雷射防護壁被設計成用於探測由雷射射束在雷射防護壁中引起的聲音。

DE 202016008509 U1關於一種建築物開口的捲簾門，該捲簾門具有用於探測激光輻射的感測器。

雷射射束、尤其是短脈衝雷射射束會透射及破壞光學元件，而光學元件在這種情況下不會升溫。在許多這樣的情況下，用於探測光學元件上的雷射射束的、典型地基於溫度測量的感測器檢測不到光學元件的破壞和隨後的雷射射束的不期望的射束方向。

因此，本發明之目的之一在於，提供一種用於防護激光輻射的組件，該組件可靠地探測光學元件的透射，尤其在光學元件被透射時不明顯升溫的情況下。本發明之另一目的在於，提供一種具有這樣的組件的雷射防護系統。

根據本發明，該目的藉由如請求項1所述之組件來實現。根據本發明之雷射防護系統之特徵在請求項8中給出。

根據本發明之組件具有以下元件：

a)反射性的和/或吸收性的光學元件，該光學元件能夠被雷射射束照射；

b)感測器，該感測器具有基底和呈曲折的、電氣的第一導體線路，該第一導體線路佈置在基底的第一側面上；

其中感測器以間接的方式佈置在光學元件上或以直接的方式佈置或形成於光學元件上，以探測雷射射束對光學元件的損壞。

感測器可以用於以可靠的方式確定雷射射束是否照射光學元件的周圍的不期望的部位，例如雷射射束是否穿透光學元件。根據探測結果，可以切斷雷射射束以防止進一步的損壞。有利地，感測器設計緊湊並且具有簡單的結構。

由於導體線路呈曲折被引導，因此其被設計成覆蓋基底的表面的相對較大部分。在雷射射束擊中導體線路時，導體線路的一部分被燒蝕或破壞。尤其，導體線路的一部分發生熔化、爆裂或蒸發。由此使導體線路的電氣特性參數、尤其是電阻發生變化。當電流流過導體線路時，可以探測到超出預先給定的檢測範圍的特性參數的變化，並且在雷射引起光學元件的周圍的損壞之前切斷雷射。尤其，導體線路被雷射射束破壞而導致的電流流動的中斷可以以簡 單且可靠的方式被探測為導體線路的電阻的激增。有利地，獨立於溫度測量進行雷射射束的探測。較佳的是，防止雷射射束重新接通。

較佳的是，導體線路的相鄰區段具有足夠大的間距，使得在導體線路的某一部位由於雷射射束(例如由於熔化)而變寬時，導體線路的相鄰區段不會連接在一起。在一些實施方式中，多個感測器串聯連接。

光學元件尤其被設計為反射鏡、射束引導管和/或遮光器。雷射射束在雷射源中產生。該雷射源尤其具有固態雷射器，用於產生波長較佳的是1030nm的雷射射束。基底尤其被設計為非碳化基底，例如由陶瓷製成。感測器較佳的是構成探測器裝置、尤其安全回路的一部分。

導體線路較佳的是藉由氣相沈積、氣刀塗布、蝕刻和/或黏貼(尤其使用載膜)佈置在基底上，其中在導電基底的情況下，在應用方法中尤其使用額外的電絕緣層。

在組件的一個有利的實施方式中，感測器具有呈曲折的、電氣的第二導體線路，其中第一導體線路和第二導體線路尤其彼此垂直。第二導體線路覆蓋基底的表面上的未被第一導體線路覆蓋的額外區段。由此提高了擊中基底的表面的雷射射束同樣照射導體線路的可能性。從而提高了藉由感測器來探測雷射射束的可能性。

在一個較佳的設計方案中，電氣的第二導體線路佈置在基底的第二側面上，該第二側面與基底的第一側面相反。由此，當基底的一個側面上的導體線路尤其受到雷射射束的損壞作用時，基底的另一側面上的導體線路得到更好的保護。此外，感測器可以在其取向方面靈活地被使用。

在一個有利的變體中，第一導體線路和第二導體線路彼此並聯連接。在該實施方式中，可以探測到雷射射束擊中基底的哪個側面或雷射射束是 否穿透基底。尤其，兩個導體線路可以彼此獨立地被探測器裝置接觸。感測器在這種情況下被設計為雙通道。

在本發明之範圍內，還包括組件的如下設計方案，其中第一導體線路和第二導體線路串聯連接。在這種情況下，感測器被設計為單通道。導體線路在導體線路的某一部位的電氣特性參數的變化會使整個感測器的電氣特性參數發生變化。由此提高了探測可靠性。尤其，導體線路的某一部位的電流流動的中斷會使整個感測器的電流流動中斷。

在一個較佳的實施方式中，感測器以直接的方式佈置或形成於光學元件上，其中基底尤其被設計為光學元件的一部分。由此，用於雷射防護的組件被設計得特別緊湊並且可以易於運輸。

感測器有利地具有殼體，該殼體至少包圍第一導體線路和基底。較佳的是，殼體包圍感測器的上述兩個導體線路及基底。殼體較佳的是具有鋁作為材料。具有鋁作為材料的殼體的優點在於，該殼體可以易於加工並且價格相對較為便宜。殼體還可以具有銅作為材料。這具有如下優點，即，殼體特別堅固，尤其是相對於波長為1030nm的輻射而言。藉由這種殼體，即使雷射射束透射過基底，也能防止雷射射束穿透感測器。此外，殼體用於固持感測器的其餘部件。在一些實施方式中，殼體具有保護玻璃，以降低在雷射射束輻射感測器時產生的微粒流入感測器周圍的風險。保護玻璃尤其被設計成用於透射所使用的激光輻射。

根據本發明之雷射防護系統具有上述用於雷射防護的組件和用於發射雷射射束的雷射源，其中光學元件佈置在雷射射束的射束路徑中。在這樣的雷射防護系統中，藉由感測器可以可靠地探測雷射是否穿透光學元件或穿過光學元件在不期望的部位被反射。雷射源尤其被設計成用於產生雷射脈衝(例如短脈衝或超短脈衝)。感測器較佳的是與雷射源訊號連接，以在預先給定的 感測器訊號的情況下(在感測器的電氣特性參數發生預先給定的變化的情況下)切斷雷射源。

在一個有利的實施方式中，雷射防護系統較佳的是佈置在雷射器殼體中。此外，在雷射器殼體中在此還佈置有雷射源。雷射源較佳的是被設計為固態雷射器。

在雷射防護系統的一個有利的實施方式中，感測器在雷射射束的射束方向上佈置在光學元件的背面，其中射束方向指向光學元件。藉由將感測器在空間上以直接的方式佈置在光學元件的背面，感測器及時且高精度地探測雷射射束是否透射過光學元件的背面且因此是否從光學元件的正面到背面透射過光學元件。射束方向尤其是指雷射射束在光學元件與另外的光學元件之間的射束路徑的某個區段中的雷射射束的(延長的)射束方向，該另外的光學元件在射束路徑中最靠近該光學元件且位於該光學元件的上游。尤其，感測器安裝在反射鏡的背面，其中該背面可以具有一層或多層。

在雷射防護系統的一個替代性的設計方案中，感測器在雷射射束的射束方向上佈置在光學元件的後方且與光學元件間隔開佈置，其中射束方向指向光學元件。由此，可以相對靈活地對感測器進行定位，以便例如實現與探測器裝置的更好的訊號連接。

在雷射防護系統的一個較佳的變體中，在雷射射束的指向光學元件的射束方向上，在感測器與光學元件之間佈置有吸收器。吸收器吸收由光學元件傳送的(例如由於雷射脈衝的頻率不同而產生的)激光輻射的一部分。吸收器還吸收光學元件由於在雷射照射的照射下被加熱而向感測器方向發射的輻射。由此保護感測器。尤其，感測器和光學元件以直接的方式佈置在吸收器上。吸收器例如被設計為銅板，其中吸收器特別較佳的是與冷卻系統熱連接以進行散熱。

在另一個設計方案中，雷射防護系統具有位於雷射射束的射束路徑中的EUV光源。光學元件在雷射射束的射束路徑中佈置在雷射源與EUV(Extrem Ultraviolette Strahlung，極紫外線輻射)光源之間或佈置在EUV光源後方，以將雷射射束偏轉至期望的方向。在此，感測器可靠地指示雷射射束是否穿透光學元件且因此沒有通過期望的射束路徑。較佳的是，由雷射源產生的雷射脈衝用於照射EUV光源、尤其錫滴。

在一個有利的實施方式中，雷射防護系統具有開關元件，當導體線路的電阻超過感測器的預先給定的檢測值時，尤其當流過感測器的導體線路的電流中斷時，該開關元件斷開雷射射束。有利地，開關元件藉由斷開雷射射束來防止雷射射束不利地耦合輸出到光學元件的周圍。

本發明之其他優點從說明書和附圖得出。同樣，上述以及還將進一步闡述的特徵可以各自單獨地或多個任意組合地使用。所示出的和所描述的實施方式不應理解為窮盡的列舉，而是更確切地說對於解說本發明而言具有示例性特徵。

10:雷射防護系統

12:雷射源

14a，b:用於雷射防護的組件

16a，b:光學元件

18:雷射射束

20:射束路徑

22:EUV光源

24:EUV輻射

26a-c:構件的背面

28:吸收器

30a，b:感測器

32:探測器裝置

34a-d:訊號通道

36:開關裝置

38:感測器的探測區域

40a，b:基底的側面

42:基底

44a，b:導體線路

46:曲折形狀

48a-d:連接端

50:殼體

52:開口

54:蓋件

56a，b:密封圈

58a，b:保護玻璃

RL1，2:雷射射束的方向

圖1示意性地示出雷射防護系統。

圖2示意性地示出雷射防護系統的感測器的探測區域之截面。

圖3示意性地示出感測器的基底和導體線路之俯視圖。

圖4示出感測器之截面。

圖1示意性地示出雷射防護系統10，該雷射防護系統具有雷射源12和第一組件14a及第二組件14b，第一組件和第二組件用於保護第一光學元件和第二光學元件16a、16b的周圍不受來自雷射源12的雷射射束18的影響。這兩 個組件14a、14b可以交替設置或一起設置。光學元件16a、16b被設計為反射鏡，並且佈置在來自雷射源12的雷射射束18的射束路徑20中。光學元件16a、16b使雷射射束18偏轉至發射EUV輻射24的EUV光源(「靶」，尤其呈錫滴形式)22。

為了吸收由第一光學元件16a傳送的激光輻射，在雷射射束18的第一方向RL1上、在第一光學元件16a的背面26a存在例如呈銅板形式的吸收器28。在吸收器28的背面26c，與第一光學元件16a間距一定距離佈置有第一感測器30a，以探測不期望地透射過第一光學元件16a和吸收器28的激光輻射。第一感測器30a在雷射射束18的射束方向RL1上被定位在第一光學元件16a的後方。第一感測器30a被電流流過，其中當雷射射束18擊中第一感測器30a時，第一感測器30a的電氣特性參數發生變化。

電氣特性參數以及因此電流流動的變化可以通過探測器裝置32來探測，該探測器裝置通過第一訊號通道34a與第一感測器30a相連接。當特性參數的變化超出預先確定的檢測範圍時，探測器裝置32通過第二訊號通道34b向開關裝置36發送訊號，以通過第三訊號通道34c切斷雷射源12且因此切斷雷射射束18。這尤其關於第一感測器30a(參見圖3)的有電流流過的導體線路的電阻。從而防止雷射射束18照射第一光學元件16a的周圍的不期望的部位並造成損壞。

雷射射束18從第一光學元件16a被偏轉至第二光學元件16b，第二光學元件被設計為用於雷射防護的第二組件14b的一部分。在第二光學元件16b的背面26b(在雷射射束18的朝向第二光學元件16b的第二射束方向RL2上)存在第二感測器30b，以探測雷射射束18是否不期望地穿透第二光學元件16b。與第一感測器30a一樣，第二感測器30b被電流流過。在此，當雷射射束18在穿透第二光學元件16b之後擊中第二感測器30b時，第二感測器30b的電氣特性參數發生變化。這種變化通過第四訊號通道34d向探測器裝置32發出訊號，當這種變化超過檢測範圍時，探測器裝置進而促使雷射源12被切斷。

圖2示意性地示出感測器、在此示例性地為感測器30a的探測區域38(參見圖4)的截面。在感測器30a的基底42的第一側面40a上佈置有第一導體線路44a，第一導體線路的電氣特性參數在被雷射射束18(參見圖1)照射時會發生變化。為了提高探測可靠性，在基底42的與第一側面40a相反的第二側面40b上佈置有第二導體線路44b。導體線路44a、44b可以並聯或串聯連接。基底42可以被設計為光學元件16a、16b(參見圖1)的一部分，例如形成於反射鏡的背面上。探測區域38尤其具有基底42和導體線路44a、44b。

圖3示意性地示出感測器、在此示例性地為感測器30a的基底42和導體線路44a、44b的俯視圖。第一導體線路44a沿著基底42(參見圖2)的第一側面40a以曲折形狀46從第一電連接端48a被引導至第二電連接端48b。通過第一連接端和第二連接端48a、48b，電流可以被引導通過第一導體線路44a，以測量第一導體線路44a的電氣特性參數的變化。對應地，第二導體線路44b沿著基底42(參見圖2)的第二側面40b以曲折形狀46從第三電連接端48c被引導至第四電連接端48d。通過第三連接端和第四連接端48c、48d，電流可以被引導通過第二導體線路44b，以測量第二導體線路44b的電氣特性參數的變化。在此，第一導體線路和第二導體線路44a、44b彼此成角度、尤其彼此垂直。尤其，導體線路44a、44b的彼此對應的區段(例如具有相同長度的區段)彼此成直角延伸。

圖4示出感測器、在此示例性地為感測器30a的截面。基底42連同導體線路44a、44b(參見圖3)一起被殼體50包圍以進行保護，其中殼體50在下端處具有開口52且在上端處具有蓋件54。通過開口52，雷射射束18(參見圖1)可以進入殼體50，以照射基底42。在基底42的兩側安裝有密封圈56a、56b，在該等密封圈上佈置有保護玻璃58a、58b，以對基底42上的導體線路44a、44b提供額外保護。尤其，保護玻璃58a、58b和殼體50界定感測器的探測區域38。此外，當基底42被雷射射束18擊中時，保護玻璃58a、58b減少進入感測器30a的周圍的 粒子流。較佳的是，保護玻璃58a、58b對於應用於雷射防護系統10的雷射射束18的輻射係透明的。

綜觀所有附圖，本發明關於一種用於雷射防護的組件14a、14b，該組件具有用於反射和/或吸收雷射射束18的光學元件16a、16b以及感測器30a、30b，該感測器佈置在光學元件16a、16b上或者與光學元件16a、16b間隔開佈置，以探測穿過光學元件16a、16b的雷射射束18的透射。感測器30a、30b具有基底42，在基底42的表面上佈置有導體線路44a、44b，其中導體線路44a、44b以迷宮形狀被引導。

42:基底

44a:導體線路

44b:導體線路

46:曲折形狀

48a:連接端

48b:連接端

48c:連接端

48d:連接端

Claims (13)

1. 一種用於雷射防護的組件(14a，14b)，該組件具有：

   a)反射性的和/或吸收性的光學元件(16a，16b)，該光學元件能夠被雷射射束(18)照射；

   b)感測器(30a，30b)，該感測器具有基底(42)和呈曲折的、電氣的第一導體線路(44a)，該第一導體線路佈置在該基底(42)的第一側面(40a)上；

   其中該感測器(30a，30b)以間接的方式佈置於該光學元件(16a，16b)上或以直接的方式佈置或形成於該光學元件(16a，16b)上，以探測該雷射射束(18)對該光學元件(16a，16b)的損壞。
2. 如請求項1所述之組件，其中該感測器(30a，30b)具有呈曲折的、電氣的第二導體線路(44b)，其中該第一導體線路(44a)和該第二導體線路(44b)尤其彼此垂直。
3. 如請求項2所述之組件，其中該第二導體線路(44b)佈置在該基底(42)的第二側面(40b)上，該第二側面與該基底(42)的第一側面(40a)相反。
4. 如請求項2或3所述之組件，其中該第一導體線路(44a)和該第二導體線路(44b)彼此並聯連接。
5. 如請求項2或3所述之組件，其中該第一導體線路(44a)和該第二導體線路(44b)串聯連接。
6. 如前述請求項之一所述之組件，其中該感測器(30a，30b)以直接的方式佈置或形成於該光學元件(16a，16b)上，其中該基底(42)尤其被設計為該光學元件(16a，16b)的一部分。
7. 如前述請求項之一所述之組件，其中該感測器(30a，30b)具有殼體(50)，該殼體至少包圍該第一導體線路(44a)和該基底(42)。
8. 一種雷射防護系統(10)，該雷射防護系統具有如請求項1至7之一所述之用於雷射防護的組件(14a，14b)、和用於發射該雷射射束(18)的雷射源(12)，其中該光學元件(16a，16b)佈置在該雷射射束(18)的射束路徑(20)中。
9. 如請求項8所述之雷射防護系統，其中該感測器(30a，30b)在該雷射射束(18)的射束方向(RL1，RL2)上佈置在該光學元件(16a，16b)的背面(26a，26b)，其中該射束方向(RL1，RL2)指向該光學元件(16a，16b)。
10. 如請求項8所述之雷射防護系統，其中該感測器(30a，30b)在該雷射射束(18)的射束方向(RL1，RL2)上佈置在該光學元件(16a，16b)的後方且與該光學元件(16a，16b)間隔開佈置，其中該射束方向(RL1，RL2)指向該光學元件(16a，16b)。
11. 如請求項10所述之雷射防護系統，其中在該雷射射束(18)的指向該光學元件(16a，16b)的射束方向(RL1，RL2)上，在該感測器(30a，30b)與該光學元件(16a，16b)之間佈置有吸收器(28)。
12. 如請求項8至11之一所述之雷射防護系統，該雷射防護系統具有位於該雷射射束(18)的射束路徑中的EUV光源(22)。
13. 如請求項8至12之一所述之雷射防護系統，該雷射防護系統具有開關元件(36)，當該感測器(30a，30b)的導體線路(44a，44b)中的一個導體線路的電阻超過預先給定的檢測值時，尤其當流過該感測器(30a，30b)的導體線路(44a，44b)中的一個導體線路的電流中斷時，該開關元件斷開該雷射射束(18)。

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