[发明专利]一种透明物体内激光三维雕刻方法

说明书

本发明涉及一种在透明物体内进行雕刻的方法，特别是一种利用激光在透明物体内任意位置进行雕刻的方法。

现有技术中，激光雕刻主要是利用10.6μm波长CO₂激光对非金属材料表面进行雕刻，利用1.06μm波长YAG激光对金属材料表面进行雕刻，而在透明物体如玻璃、有机塑料、宝石等体内进行雕刻，对激光系统有比较高的要求。中国专利97234928.6是利用1.06μm波长短脉冲Nd：YAG激光进行玻璃体内雕刻。经过进一步研究发现，激光之所以能在透明物体内产生损伤点，主要是利用材料对激光的非线性吸收现象即：当激光的强度达到某一功率密度(由材料性质决定)，材料对激光产生极强非线性吸收，造成多光子电离损伤并产生等离子体，从而使透明材料的体内形成损伤。激光损伤阈值即引起材料破坏的激光功率密度对破坏点的大小有很大影响，激光波长越长则对透明材料的损伤阈值越高，损伤点越大。由于1.06μm波长倍频Nd：YAG激光对透明材料的损伤阈值远远高于0.5-0.6μm波长激光，所以利用1.06μm波长短脉冲Nd：YAG激光进行玻璃体内雕刻时，雕刻图案的分辨率较低。同时，现有技术中，激光在透明物体体内进行三维立体雕刻时，为避免上层图案挡住激光光束而影响下层图案的雕刻，一般采用分层运动雕刻方式，即：先从图案的最下一层开始雕刻，再逐层向上，最后在最上一层结束整个图案的雕刻。这种雕刻方式为了完成雕刻图案必须逐层在整个图形区域内来回运动，增加了运动距离，浪费时间，减小雕刻效率。

本发明的目的在于提供一种可以克服已有技术中的上述缺点的激光三维雕刻方法，本发明的方法可以缩小激光在透明物体中产生的损伤点，提高雕刻图案的分辨率，同时可减少因逐层在整个图形区域内来回运动形成的运动距离，增加雕刻效率。

本发明是这样实现的：本发明一种透明物体内激光三维雕刻方法，采用了已有技术中的三维运动定位和聚焦机构和激光源，其中所述的激光源采用0.5-0.6μm波长激光器，其工作步骤为：1，设定聚焦点的位移路径范围，所述的聚焦点的位移路径范围是这样来设定的：将被雕刻的物体划分为至少两个锲形的雕刻区域，所述的锲形的雕刻区域是由至少一个与X-Y轴平面呈α角的平面与被雕刻的物体的外表面所形成，第二个这样的平面与前述的平面平行，所述的平面与X-Y轴平面间的夹角α≤90°-γ/2，所述的γ是激光通过聚焦透镜后的聚焦角度，2，控制所述的三维运动定位和聚焦机构，将激光源发出的0.5-0.6μm波长激光的聚焦点在步骤1中所设定的一个位移路径范围内运动，并在透明物体内的最下层的一个雕刻点聚焦处聚焦在聚焦点处形成一个损伤点，然后控制所述的三维运动定位和聚焦机构，将聚焦点移动到与前一步骤的雕刻点距离最小的一个雕刻点聚焦，在聚焦点处形成一个损伤点，所述的两个雕塑点之间的距离根据两个雕塑点的坐标(x₁，y₁，z₁)和(x_n，y_n，z_n)得出，即距离3，控制所述的三维运动定位和聚焦机构，将激光聚焦点移动到步骤2中所设定的下一个位移路径范围内运动，重复步骤2的工作，直到完成整个图形雕刻。

因为激光光束通过透镜聚焦后呈圆锥形，本发明将被雕刻物体分块后，由一端向另一端逐块雕刻，既避免已雕刻图案对激光光束的阻挡，又可显著减少因逐层来回运动形成的运动距离，明显提高了雕刻效率，又因为采用0.5-0.6μm波长激光器，所以可以减小损伤点的直径，提高单位体积内的雕刻点数，提高了雕像的分辨精度。

以下结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中对透明物体划分雕刻区域的示意图。

本发明一种透明物体内激光三维雕刻方法，采用了已有技术中的三维运动定位和聚焦机构和激光源，其中所述的激光源采用0.5-0.6μm波长激光器，在本发明的一个实施例中，激光源采用倍频Nd：YAG激光器；其工作步骤为：1，设定聚焦点的位移路径范围，如图1所示，所述的聚焦点的位移路径范围是这样来设定的：将被雕刻的物体划分为至少两个锲形的雕刻区域，所述的锲形的雕刻区域是由至少一个与X-Y轴平面呈α角的平面与被雕刻的物体的外表面所形成，第二个这样的平面与前述的平面平行，所述的平面与X-Y轴平面间的夹角α≤90°-γ/2，所述的γ是激光通过聚焦透镜后的聚焦角度，2，控制所述的三维运动定位和聚焦机构，将激光源发出的0.5-0.6μm波长激光的聚焦点在步骤1中所设定的一个位移路径范围内运动，并在透明物体内的最下层的一个雕刻点聚焦处聚焦，在聚焦点处形成一个损伤点，然后控制所述的三维运动定位和聚焦机构，将聚焦点移动到与前一步骤的雕刻点距离最小的一个雕刻点聚焦，在聚焦点处形成一个损伤点，所述的两个雕塑点之间的距离根据两个雕塑点的坐标(x₁，y₁，z₁)和(x_n，y_n，z_n)得出，即距离3，控制所述的三维运动定位和聚焦机构，将激光聚焦点移动到步骤2中所设定的下一个位移路径范围内运动，重复步骤2的工作，直到完成整个图形雕刻。