[發明專利]非對稱分束激光加工透明材料的裝置及其方法

有效

• 申請號: 202110423923.8
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN112975113B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 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
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/06;B23K26/064;G02B27/09
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王玉國

本發明涉及非對稱分束激光加工透明材料的裝置及其方法，依光束傳播方向設置有：激光光源，可輸出寬度小于300納秒、波長在343～2000納米范圍脈沖激光；傳輸系統，對從激光光源輸出的激光光束擴束、反射；整形系統，將光束截面能量為高斯分布的激光光束轉換為貝塞爾分布，形成貝塞爾光束；分束系統，為具有至少兩個楔形面結構的楔形棱鏡，每個楔形面相對于光軸的夾角不同，將激光光束分割為至少兩個部分，形成至少兩束貝塞爾光束；聚焦系統，對至少兩束貝塞爾光束縮小匯聚成像聚焦。利用非對稱楔形鏡片將貝塞爾光束分割成至少兩束，并利用貝塞爾光束的自重建特性，經聚焦裝置匯聚成至少兩個焦點；不僅提升加工效率，還顯著降低成本。

技術領域

本發明涉及一種非對稱分束激光加工透明材料的裝置及其方法，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，特別是玻璃材料，利用貝塞爾光束進行加工的方式已經獲得較多的應用。受限于激光器本身性能的影響，特別是激光脈沖能量的限制，基本都采用單光束的方式進行加工。提高激光脈沖能量的方法有兩個，一是提高激光器輸出激光的最大功率，在相同脈沖重復頻率下獲得更高脈沖能量；二是維持功率基本不變或是稍微有所提高，降低脈沖重復頻率以獲得更高的脈沖能量或者是脈沖串的總能量；前者隨著總功率的增加，技術要求高，且激光器的價格隨之升高，性價比降低；后者因維持功率基本不變，技術門檻沒有前者高，成本上升不大，但降低了重復頻率，也降低了加工效率。在第二種情況下，采用分束的方法可以較大的提升加工效率，使激光器能量得到充分利用。激光分束的方法常用的方法是采用衍射光學組件，但在微小角度分束的情況下利用衍射原理要求入射光束的直徑很大，實際使用中幾乎無法應用；同時，貝塞爾光束本身具有的自重建特性使得光束在用折射方法分割后仍舊能維持貝塞爾光束的特性。另外，采用衍射光學組件，其成本較高。

因此，需要設計一種可降低成本、提升加工效率的激光加工方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種非對稱分束激光加工透明材料的裝置及其方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

非對稱分束激光加工透明材料的裝置，特點是：依光束傳播方向設置有：

激光光源，為可輸出寬度小于300納秒、波長在343～2000納米范圍脈沖激光的脈沖激光器；

傳輸系統，對從激光光源輸出的激光光束擴束、反射；

整形系統，將光束截面能量為高斯分布的激光光束轉換為貝塞爾分布，形成貝塞爾光束；

分束系統，為具有至少兩個楔形面結構的楔形棱鏡，每個楔形面相對于光軸的夾角不同，將激光光束分割為至少兩個部分，形成至少兩束貝塞爾光束；

聚焦系統，對至少兩束貝塞爾光束縮小匯聚成像聚焦。

進一步地，上述的非對稱分束激光加工透明材料的裝置，其中，激光光源為可輸出脈沖寬度為300fs~20ps、波長為1030或者1064nm的脈沖激光器。

進一步地，上述的非對稱分束激光加工透明材料的裝置，其中，傳輸系統包含具有可調倍率與改變發散角的擴束鏡以及對光束傳播方向調整與準直的反射鏡。

進一步地，上述的非對稱分束激光加工透明材料的裝置，其中，整形系統為衍射光學透鏡、軸棱錐或空間光調制器。

進一步地，上述的非對稱分束激光加工透明材料的裝置，其中，楔形棱鏡為單個鏡片或由多個鏡片拼接而成。

進一步地，上述的非對稱分束激光加工透明材料的裝置，其中，楔形棱鏡的楔形面的材料為同一種材料，或者不同種材料。

進一步地，上述的非對稱分束激光加工透明材料的裝置，其中，楔形棱鏡后置有窗口透鏡或正透鏡。