[发明专利]一种用整形光束进行材料加工的系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于激光微加工领域，尤其涉及一种用整形光束进行材料加工的系统及方法。

背景技术

在激光微加工中，为了满足对加工精度的高要求，目前主要采取的一种方式是用聚焦镜把光斑聚焦成几个微米大小来加工。但是由于聚焦光斑近似点状，所以去除深度很浅，效率低，限制了使用。

随着消费电子行业的快速发展，越来越多的部件走向小型化和高端化，对微加工的需求越来越多；同时消费电子产品的更新换代也原来越快，对产能要求也非常高。而激光作为现代工业中先进的加工手段，越发受到各个行业的重视，通过激光实现微加工的可行性和实用性也得到越来越多的验证，但是在很多应用中任然激光微加工的效率任然很难提高。

为了提供更高效的激光微加工，比较直接有效的系统是光束整形，例如方形光斑、条形光斑，如图1所示为现有技术中采用高斯聚焦光束进行材料加工的光路图，但是这都是在改变光斑在横截面上的能量分布。想要提高某些加工的效率，必须在光束的传播方向上进行整形，这通过衍射光学来实现。目前已经在工业生产中采用的衍射光学方法有多焦点、贝塞尔光束等等，依靠增加一次性加工的面积来提高加工效率。但是这些方法在并不能改变激光的传输方向，光只能沿直线传播(贝塞尔光束)。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用整形光束进行材料加工的系统，以解决现有技术的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种用整形光束进行材料加工的系统，所述系统包括：激光器1、空间光调制器2、扩束镜3、聚焦镜4、加工件5和运动平台6；

所述激光器1发出的激光经过所述艾里透镜2，将能量满足高斯分布函数的衍射光束改变为沿曲线传输的无衍射光束；

所述整形后的整形光束进过扩束镜3对光束进行同轴扩束；

扩束后光束进入所述聚焦镜4，聚焦在所述加工件5上，由所述运动平台6带动所述加工件5根据加工图形运动，实现曲面加工。

进一步的，所述空间光调制器2工作过程为：根据所述加工件5的加工需求曲面参数确定所述整形后光束的参数，通过改变加载在空间光调制器2内部液晶盒上的电压来改变液晶分子指向，从而改变双折射率，实现对入射光束的相位调制，变换入射光束波前，在远场再现要求的光场分布，产生满足参数要求的所述整形后光束。

进一步的，所述激光器1是波长为255-1550nm的皮秒激光器或飞秒激光器。

进一步的，所述扩束镜3为变倍扩束镜，减小光束传播的发散角，改进光束的准直性，并控制激光最终聚焦光斑大小，获得理想光斑大小。

一种用整形光束进行材料加工的方法，包括：将能量满足高速分布函数的衍射光束整形为沿曲线传输的无衍射光束，根据加工件的加工需求曲面参数确定整形后光束的参数，对所述加工件进行曲面加工。

进一步的，利用空间光调制器将能量满足高速分布函数的衍射光束整形为沿曲线传输的无衍射光束，其过程包括：

通过改变加载在所述空间光调制器内部液晶盒上的电压来改变液晶分子指向，从而改变双折射率，实现对入射光束的相位调制，变换入射光束波前，在远场再现要求的光场分布，产生满足参数要求的所述整形后光束。

本发明实施例提供的一种用整形光束进行材料加工的系统及方法的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种用整形光束进行材料加工的系统，满足其他函数的光(艾里函数)，在随时间变化的过程中表现出不扩展以及自加速的奇异特性，即自弯曲传输，目标面是曲面时，可以由弯曲的光斑一次成型，而不需要利用2.5D加工逐层成型，大大提高了效率；对于特定的加工曲面控制空间光调制器，使光斑的弯曲面与加工要求曲面匹配，理论上可以加工任意曲面；一次加工的有效深度大大增加，加工效率显著提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中采用高斯聚焦光束进行材料加工的光路图；

图2是本发明实施例提供的一种用整形光束进行材料加工的系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的采用整形光束进行材料加工的光路图；

其中：1为激光器，2为空间光调制器，3为扩束镜，4为聚焦镜，5为加工件，6为运动平台。

具体实施方式