[发明专利]一种超快绿光激光透明材料的加工方法及装置

说明书

本发明公开了一种超快绿光激光透明材料的加工方法及装置，提供一波长在1020纳米～1090纳米之间的光纤激光器，采用光纤放大器进行能量放大，其特征在于：再进行光学倍频，获得绿光激光脉冲串，每一脉冲串里包括至少两个激光脉冲，脉冲宽度小于200ps，脉冲的峰值功率大于100kW，脉冲串内的相邻激光脉冲间的时间小于90ns,脉冲串间的间隔时间大于240ns，每秒的总脉冲数大于50000个；激光器输出的超快激光束只采用光纤放大器进行能量放大；将绿光激光束聚焦至待加工透明材料的下表面，按设定轨迹进行加工并逐步升高聚焦点，由下至上实现对透明材料的加工。本发明能大大提高材料去除效率，不需要加热或酸侵的后续工序，也不会产生斜角。

技术领域

本发明涉及一种透明材料加工方法，具体涉及一种用于透明材料的超快激光加工方法。

背景技术

玻璃和蓝宝石透明材料已经成为了人们日常生活中不可缺少的一部分，随着经济的发展，对玻璃制品的需求量与日俱增。在玻璃和蓝宝石的生产工业中，玻璃和蓝宝石加工是一个十分重要环节。

一般来说，玻璃和蓝宝石加工（冷加工）主要包括抛光、切割、钻孔、雕刻、磨边等。为了工业化实现上述玻璃和蓝宝石加工的目的，现有技术中采用的加工方法主要有机械加工方法、化学加工方法（主要用于抛光和刻蚀）、高压水射流加工方法（主要用于切割和钻孔）和激光加工方法。其中，激光加工方法在加工速度和自动化程度方面都要远远优于其它的方法。

通常，对玻璃和蓝宝石进行激光加工采用的是波长在10.6μm附近的CO₂激光器，其输出功率一般需要达到100W以上。CO₂激光器加工玻璃和蓝宝石是通过激光入射使玻璃受热后发生断裂而实现的。以平板玻璃的切割为例，将CO₂激光器发出的激光束聚焦到平板玻璃上，高功率的激光使得玻璃在激光的焦点位置受热发生断裂，裂缝向玻璃的上下表面延伸从而完成切割。在受热切割的过程中，通常需要使用淬火嘴将冷水或冷气喷射到切割道上，使玻璃裂开。这种方法切割精度较低，同时难以加工复杂图形。

使用纳秒脉冲激光可以对玻璃和蓝宝石进行激光加工，达到比CO₂激光器更好的加工效果。与传统的CO₂激光器不同，这种纳秒激光器是通过微爆破的方式实现玻璃加工的。同样以平板玻璃的切割为例，通过3D扫描振镜可以使激光的焦点在竖直方向上移动，在激光焦点经过的地方，玻璃会发生微米量级的爆破，这种微小损伤在竖直方向上叠加从而实现了精度更高的切割。

然而，上述的这种纳秒激光器在玻璃和蓝宝石加工方面还存在着一些缺陷。纳秒激光加工后的崩边一般大于50微米，然而在不少应用场合，要求崩边小于20微米。

为了达到小于20微米的激光加工水平，可以采用超快激光加工。而超快激光加工一般会在切割位置产生一个斜角。一种办法是采用超快激光成丝切割方法，然而，成丝切割时没有材料的去除，所以一般需要加热或酸侵等后续工序才能使材料分开。加热或酸侵在很多情况下会对材料产生不良影响。而当激光加工的直径小于5毫米时，即使是使用加热或酸侵也很难使材料分开。

所以，找到一种新的超快激光透明材料加工方法从而实现透明材料的快速、低成本加工而且没有斜角是十分有意义的。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种超快绿光激光透明材料的加工方法，以克服现有技术中加工受限的问题，提高激光透明材料加工的精度和速度。

本发明的另一个发明目的是提供一种实现该加工方法的透明材料的加工装置。