[發明專利]一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統及加工方法

在審

• 申請號: 202011149627.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112247378A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 秦慶全;秦應雄;程明;童杰;段光前;龍宙;龍宇
• 申請（專利權）人: 武漢先河激光技術有限公司
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/046;B23K26/064;B23K26/70
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 徐瑛

1.一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統，其特征在于：包括沿光路依次設置的激光束整形單元、激光束偏轉單元和聚焦單元，其中，

所述激光束整形單元、激光束偏轉單元和聚焦單元位于同一中軸線，激光束沿此中軸線入射；

所述激光束整形單元用于對激光束進行整形，將入射的平行光束變為收束或者發散的光束，從而改變出射光斑大??；

所述激光束偏轉單元包括偏轉透鏡，所述偏轉透鏡的光束入射端端面為平面結構，其光束出射端端面為圓錐面，且圓錐面的旋轉軸與經激光束整形單元整形后的激光束中心重合，圓錐面的母線與偏轉透鏡的光束入射端端面呈一定角度；經激光束整形單元整形后的激光束由偏轉透鏡的平面端面入射，經圓錐面偏轉后使激光束的能量變為環形分布，并具有一定的偏轉角度；

所述聚焦單元用于對環形激光束進行聚焦，得到能量集中的環形光斑；所述聚焦單元和激光束偏轉單元的相對距離可調。

2.如權利要求1所述的一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統，其特征在于：在激光束整形單元之前還設置有激光器，該激光器出射光強呈高斯分布的平行激光束，且激光器和激光束整形單元之間還設置有用于使激光器出射的激光束沿激光束整形單元的中軸線射入的反射鏡，激光束的中心與激光束整形單元的中軸線重合。

3.如權利要求1所述的一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統，其特征在于：所述激光束整形單元包括一個固定的第一聚焦鏡和一個可沿光路方向來回移動的第二聚焦鏡，且第一聚焦鏡和第二聚焦鏡位于同一中軸線上。

4.如權利要求1所述的一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統，其特征在于：所述偏轉透鏡由圓柱體結構的透鏡一和圓錐結構的透鏡二組合構成，且透鏡二的圓錐底面與透鏡一的圓柱底面重合。

5.如權利要求1所述的一種用于實現微孔錐度可調加工的光學系統，其特征在于：所述聚焦單元包括配合使用的透鏡組。

6.采用如權利要求1～5任一項光學系統的微孔加工方法，其特征在于，包括如下過程：

S1、將激光束整形單元、激光束偏轉單元和聚焦單元光路依次設置，且激光束整形單元、激光束偏轉單元和聚焦單元位于同一中軸線，激光束沿此中軸線入射；其中，激光束整形單元包括一個固定的第一聚焦鏡和一個可沿光路方向來回移動的第二聚焦鏡；激光束偏轉單元包括偏轉透鏡，所述偏轉透鏡的光束入射端端面為平面結構，其光束出射端端面為圓錐面，且圓錐面的旋轉軸與經激光束整形單元整形后的激光束中心重合，圓錐面的母線與偏轉透鏡的光束入射端端面呈一定角度布置；

S2、通過控制激光束偏轉單元中偏轉透鏡的圓錐面母線與偏轉透鏡的光束入射端端面所成的角度對加工的微孔孔徑進行粗調，同時通過調節激光束整形單元中第一聚焦鏡和第二聚焦鏡的相對距離對加工的微孔孔徑進行微調，從而使得微孔孔徑滿足加工要求；

S3、通過控制激光束偏轉單元和聚焦單元的相對距離對加工的微孔錐度進行調節，滿足不同錐度的微孔加工要求。

7.如權利要求6所述的微孔加工方法，其特征在于，所述微孔孔徑粗調的方式：偏轉透鏡的圓錐面母線與偏轉透鏡的光束入射端端面所成的角度越大，光束偏轉越大，得到聚焦單元輸出的環形光斑越大，從而使得加工的微孔孔徑變大；反之，偏轉透鏡的圓錐面母線與偏轉透鏡的光束入射端端面所成的角度越小，得到加工的微孔孔徑變小。

8.如權利要求6所述的微孔加工方法，其特征在于，所述微孔孔徑微調的方式：所述第一聚焦鏡和第二聚焦鏡的焦距分別為f₁和f₂，通過移動第二聚焦鏡的位置控制第一聚焦鏡和第二聚焦鏡的相對距離d，當d＜f₁＋f₂時，光斑會隨著d的減小而增大，當d＞f₁＋f₂時，光斑會隨著d的增大而減小。