[发明专利]利用非球面聚焦设备和扩束器切割脆性材料的激光设备

权利要求书

1.用于切割脆性材料的激光设备，该脆性材料具有入射表面和出射表面，该设备包括：

激光源，提供准直的脉冲激光辐射束，所述脉冲激光辐射的脉冲持续时间小于20皮秒，准直光束具有第一直径；

非球面聚焦透镜，具有光轴和通光孔径；

位于所述激光源与所述非球面聚焦透镜之间的无焦扩束器，所述无焦扩束器被布置成将准直光束从第一直径扩展到第二直径，所述第二直径大于所述非球面聚焦透镜的通光孔径，使得只有扩展的准直光束的部分在所述通光孔径内并进行填充；

其中，所述非球面聚焦透镜将脉冲激光辐射束的部分聚焦在所述通光孔径内，所述聚焦与所述通光孔径边缘的衍射相结合形成与所述光轴同轴的细长焦点，所述细长焦点沿光轴具有大致均匀的强度分布；并且

其中，所述细长焦点在入射表面和出射表面之间与脆性材料重叠。

2.如权利要求1所述的激光设备，其中，所述扩展的准直光束在所述通光孔径内的部分为85％至95％。

3.如权利要求1所述的激光设备，其中，所述扩展的准直光束在所述通光孔径内的部分约为90％。

4.如权利要求1所述的激光设备，其中，所述大致均匀的强度分布包括多个峰值，所述多个峰值中的单个峰值强度与所述多个峰值中的平均峰值强度相差小于20％。

5.如权利要求1所述的激光设备，其中，具有大致均匀的强度分布的细长焦点从入射表面延伸到出射表面。

6.如权利要求1所述的激光设备，其中，非球面聚焦透镜的设计使输送到细长焦点的脉冲激光辐射的脉冲能量最大化，所述细长焦点从入射表面延伸到出射表面。

7.如权利要求1所述的激光设备，其中，所述通光孔径由位于所述无焦扩束器与所述非球面聚焦透镜之间的离散孔径限定。

8.如权利要求1所述的激光设备，其中，所述通光孔径由所述非球面聚焦透镜的边缘限定。

9.如权利要求1所述的激光设备，其中，所述非球面聚焦透镜是平凸透镜，具有凸非球面和相对的平坦表面。

10.如权利要求9所述的激光设备，其中，所述非球面聚焦透镜被定向成使得所述扩展的准直光束入射在所述凸非球面上。

11.如权利要求9所述的激光设备，其中，所述非球面聚焦透镜被定向成使得所述扩展的准直光束入射在所述平坦表面上。

12.如权利要求1所述的激光设备，其中，所述脆性材料平移，沿着切割线描绘所述光轴，同时施加所述聚焦的脉冲激光辐射束。

13.如权利要求1所述的激光设备，其中，准直的脉冲激光辐射束具有横向高斯强度分布。

14.如权利要求1所述的激光设备，其中，所述脉冲激光辐射束包括一系列脉冲串，每个脉冲串包含多个单独的脉冲。

15.如权利要求14所述的激光设备，其中，每个脉冲串包含2到10个单独的脉冲。

16.如权利要求15所述的激光设备，其中，每个脉冲串包含5个单独的脉冲。

17.如权利要求14所述的激光设备，其中，所述脉冲激光辐射的脉冲重复率为40兆赫兹至50兆赫兹。

18.如权利要求14所述的激光设备，其中，所述脉冲激光辐射的脉冲串频率为50千赫兹至1兆赫兹。

19.如权利要求18所述的激光设备，其中，所述脉冲串频率为100千赫兹至400千赫兹。