[發(fā)明專利]可控生成多激光束的分光元件及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210737769.6
• 申請(qǐng)日: 2022-06-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114932307A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉曉;張文武;陳先游;陳濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): B23K26/046
• 分類號(hào): B23K26/046;B23K26/064;B23K26/70
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 趙世發(fā)

本發(fā)明公開(kāi)了一種可控生成多激光束的分光元件及其應(yīng)用。所述分光元件的表面具有一圓形的工作區(qū)域，所述工作區(qū)域包括圓形的第一區(qū)域和環(huán)形的第二區(qū)域，所述第一區(qū)域與所述工作區(qū)域同幾何中心設(shè)置，所述第二區(qū)域環(huán)繞所述第一區(qū)域設(shè)置，所述第二區(qū)域設(shè)置有多個(gè)透光孔，多個(gè)所述透光孔組合形成至少一個(gè)透光孔組，每一透光孔組所包含的多個(gè)透光孔均環(huán)繞所述第一區(qū)域設(shè)置。本發(fā)明公開(kāi)了一種可控生成多激光束的分光元件的透光區(qū)域具有多層級(jí)結(jié)構(gòu)和分布，不限于二層結(jié)構(gòu)和分布；其中的透光孔的分布模式可采用中心不透光的設(shè)置、中心透光且偏心設(shè)置以及中心透光且同心的設(shè)置等，透光孔的形狀包括圓形、多邊形或弧形等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種平行激光束設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法，特別涉及可實(shí)現(xiàn)可控產(chǎn)生平行光束、光束形狀靈活性大、高分辨率加工平行光束設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法，屬于激光精密加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，常規(guī)激光加工中的激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)透鏡聚焦后，加工光斑尺寸可調(diào)范圍窄，激光能量密度的調(diào)控一般取決于激光功率和光斑尺寸，可調(diào)形式有限；低功率下高速掃描加工存在困難，因?yàn)榈凸β氏鲁Ｒ?guī)光斑尺寸對(duì)應(yīng)的激光能量密度有限，如果達(dá)不到材料去除的燒蝕閾值，將無(wú)法完成材料加工；而脈寬較大時(shí)，高功率加工，激光能量密度可以達(dá)到材料的燒蝕閾值，但同時(shí)會(huì)引入熱影響較大的問(wèn)題。

因此，低功率高速掃描高效精密加工需要與加工對(duì)象燒蝕閾值匹配的激光能量密度，這對(duì)光斑尺寸的調(diào)控提出了技術(shù)要求；常規(guī)激光束用于材料去除時(shí)，較難控制加工分辨率，原因在于激光束聚焦束腰附近的一定空間范圍都有材料加工能力，材料的激光加工分辨率不高。因此，提高激光束形成的光斑尺寸，改進(jìn)激光能量密度的調(diào)控形式，提高材料加工分辨率，是促進(jìn)激光精密加工的關(guān)鍵問(wèn)題和技術(shù)需求。

激光加工材料時(shí)，功率密度達(dá)到材料燒蝕閾值時(shí)，材料將被燒蝕去除。激光束經(jīng)透鏡聚焦后在束腰處功率密度最大，但軸向一定范圍內(nèi)功率密度變化極小，從而存在一定空間范圍的加工能量域，導(dǎo)致加工分辨率較低。

為提高加工分辨率，CN110091073A公開(kāi)了一種多光束耦合激光加工系統(tǒng)及方法，提出了將光束耦合交叉來(lái)形成加工能量域，且指出所述第一激光束的功率密度小于待加工工件材料的燒蝕閾值，所述加工能量域內(nèi)的功率密度大于待加工工件材料的燒蝕閾值，在此發(fā)明基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種平行激光束分光設(shè)計(jì)方法、器件及其加工應(yīng)用方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種可控生成多激光束的分光元件及其應(yīng)用，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例一方面提供了一種可產(chǎn)生平行光束的分光元件，所述分光元件的表面具有一圓形的工作區(qū)域，所述工作區(qū)域包括圓形的第一區(qū)域和環(huán)形的第二區(qū)域，所述第一區(qū)域與所述工作區(qū)域同幾何中心設(shè)置，所述第二區(qū)域環(huán)繞所述第一區(qū)域設(shè)置，所述第二區(qū)域設(shè)置有多個(gè)透光孔，多個(gè)所述透光孔組合形成至少一個(gè)透光孔組，每一透光孔組所包含的多個(gè)透光孔均環(huán)繞所述第一區(qū)域設(shè)置。

本發(fā)明實(shí)施例一方面還提供了一種可產(chǎn)生平行光束的分光元件，所述分光元件的表面具有一圓形的工作區(qū)域，所述工作區(qū)域包括圓形的第一區(qū)域和環(huán)形的第二區(qū)域，所述第一區(qū)域與所述工作區(qū)域同幾何中心設(shè)置，所述第二區(qū)域環(huán)繞所述第一區(qū)域設(shè)置，

所述第二區(qū)域設(shè)置有多個(gè)圓形的第二透光孔，多個(gè)所述第二透光孔組合形成至少一個(gè)第二透光孔組，每一第二透光孔組所包含的多個(gè)第二透光孔均環(huán)繞所述第一區(qū)域設(shè)置。

本發(fā)明實(shí)施例一方面還提供了一種用于實(shí)現(xiàn)激光加工的激光光源，包括：

激光器，至少用于提供第一激光束；

擴(kuò)束器件，設(shè)置在所述第一激光束的光路上，并至少用于將所述第一激光束擴(kuò)束形成直徑擴(kuò)大的第二激光束；

分光元件，設(shè)置在所述第二激光束的光路上，并至少用于將所述第二激光束分束形成多個(gè)平行的第三激光束，其中，所述分光元件為所述的分光元件。