[發明專利]多焦點動態分布激光加工脆性透明材料的方法及裝置

在審

• 申請號: 201810088414.2
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108161250A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 趙裕興;郭良
• 申請（專利權）人: 蘇州德龍激光股份有限公司;江陰德力激光設備有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/06;B23K26/067;B23K26/08;B23K26/70
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王玉國

本發明涉及多焦點動態分布激光加工脆性透明材料的方法及裝置，激光器輸出光束，擴束鏡對光束的直徑及發散角度進行連續調節，第一反射單元將光束反射至激光光束首次整形裝置，光束首次整形裝置將能量呈高斯分布的激光光束進行光束整形，整形后的光束能量分布于一個或多個環形區域內，光束二次整形裝置將光束進行再次整形，對激光光束能量分布及大小調節，動態控制焦點分布范圍，第二反射單元將光束入射至聚焦鏡，對光束聚焦，光束形成有限范圍內分布的多焦點，焦點分布范圍包含被加工對象；X?Y軸運動平臺，承載被加工對象，相對于聚焦鏡運動。基于激光應力誘導切割技術的延展技術通過增加沿光軸方向的焦點數量實現脆性透明材料的加工。

技術領域

本發明涉及脆性透明材料的激光加工方法，尤其涉及一種有限范圍內多焦點動態分布激光加工脆性透明材料的方法及其裝置，屬于激光加工技術領域。

背景技術

目前，對于脆性透明材料的激光加工技術，主要是采用激光燒蝕、氣化實現材料的去除，從而實現切割以及鉆孔等加工方式。激光燒蝕的特征在于，激光聚焦于材料表面(上表面或下表面)，通過本身焦深范圍所及或者焦點上下、里外的運動，達到逐層去除材料的目的，最終將所需圖形的材料從基板上分離下來。這種技術很普及，可以通過振鏡或者移動聚焦鏡的方式來實現，缺點在于：第一，去除材料的效率低下，尤其是對于高硬度材料，如藍寶石、石英等；第二，材料邊緣存在熱影響區，通常表現為熔融的材料在邊緣兩側堆積形成凸起；第三，切割后側壁無法做到垂直，其傾斜角度通常在70～80度，對于后續裝配有一定影響；第四，切割后材料抗彎強度較低，邊緣崩邊大。

對于直線切割以及部分外框的加工，也可以使用應力誘導切割的方式來實現，其特征是，激光聚焦于材料內部，在內部形成爆破區域，形成材料斷裂的引導方向。隱形切割不會在表面形成損傷區域，因此材料不會真正的分離開，而是需要后續通過機械方式，如彎折、劈裂等動作使其完全分離。其特點在于：第一，不破壞材料表面，因此在材料邊緣不會有重鑄堆積；第二，側壁的垂直度高，可以達到85°以上；其缺點在于：第一，無法實現對于封閉的圖形的加工，如鉆孔。第二，對于厚度較厚的材料，加工效率較低。

以上方式互有利弊，每一種方式都不能很好的涵蓋和滿足大部分加工要求。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種有限范圍內多焦點動態分布激光加工脆性透明材料的方法及其裝置。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

多焦點動態分布激光加工脆性透明材料的裝置，特點是，依光路方向設置有：

激光器，輸出光束；

擴束鏡，對從激光器輸出光束的直徑及發散角度進行連續調節；

第一反射單元，將擴束鏡出射的光束反射至激光光束首次整形裝置；

光束首次整形裝置，將能量呈高斯分布的激光光束進行光束整形，整形后的光束能量分布于一個環形或多個環形區域內；

光束二次整形裝置，將首次整形過后的激光光束進行再次整形，對激光光束能量分布及大小調節，動態控制焦點分布范圍；

第二反射單元，將二次整形后激光光束入射至聚焦鏡；

聚焦鏡，將第二反射單元反射的光束進行聚焦，激光光束形成有限范圍內分布的多焦點，焦點分布范圍包含被加工對象；

X-Y軸運動平臺，承載被加工對象，相對于聚焦鏡運動。

進一步地，上述的多焦點動態分布激光加工脆性透明材料的裝置，其中，所述激光器為脈沖寬度小于100納秒、波長可選范圍343～2000納米的脈沖激光器。

進一步地，上述的多焦點動態分布激光加工脆性透明材料的裝置，其中，所述激光器為脈寬范圍7～15皮秒、波長1030nm或1064nm的脈沖激光器。