[实用新型]多焦点动态分布激光加工脆性透明材料的装置

说明书

本实用新型涉及多焦点动态分布激光加工脆性透明材料的装置，激光器输出光束，扩束镜对光束的直径及发散角度进行连续调节，第一反射单元将光束反射至激光光束首次整形装置，光束首次整形装置将能量呈高斯分布的激光光束进行光束整形，整形后的光束能量分布于一个或多个环形区域内，光束二次整形装置将光束进行再次整形，对激光光束能量分布及大小调节，动态控制焦点分布范围，第二反射单元将光束入射至聚焦镜，对光束聚焦，光束形成有限范围内分布的多焦点，焦点分布范围包含被加工对象；X‑Y轴运动平台，承载被加工对象，相对于聚焦镜运动。基于激光应力诱导切割技术的延展技术通过增加沿光轴方向的焦点数量实现脆性透明材料的加工。

技术领域

本实用新型涉及一种有限范围内多焦点动态分布激光加工脆性透明材料的装置，属于激光加工技术领域。

背景技术

目前，对于脆性透明材料的激光加工技术，主要是采用激光烧蚀、气化实现材料的去除，从而实现切割以及钻孔等加工方式。激光烧蚀的特征在于，激光聚焦于材料表面(上表面或下表面)，通过本身焦深范围所及或者焦点上下、里外的运动，达到逐层去除材料的目的，最终将所需图形的材料从基板上分离下来。这种技术很普及，可以通过振镜或者移动聚焦镜的方式来实现，缺点在于：第一，去除材料的效率低下，尤其是对于高硬度材料，如蓝宝石、石英等；第二，材料边缘存在热影响区，通常表现为熔融的材料在边缘两侧堆积形成凸起；第三，切割后侧壁无法做到垂直，其倾斜角度通常在70～80度，对于后续装配有一定影响；第四，切割后材料抗弯强度较低，边缘崩边大。

对于直线切割以及部分外框的加工，也可以使用应力诱导切割的方式来实现，其特征是，激光聚焦于材料内部，在内部形成爆破区域，形成材料断裂的引导方向。隐形切割不会在表面形成损伤区域，因此材料不会真正的分离开，而是需要后续通过机械方式，如弯折、劈裂等动作使其完全分离。其特点在于：第一，不破坏材料表面，因此在材料边缘不会有重铸堆积；第二，侧壁的垂直度高，可以达到85°以上；其缺点在于：第一，无法实现对于封闭的图形的加工，如钻孔。第二，对于厚度较厚的材料，加工效率较低。

以上方式互有利弊，每一种方式都不能很好的涵盖和满足大部分加工要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种有限范围内多焦点动态分布激光加工脆性透明材料的装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

多焦点动态分布激光加工脆性透明材料的装置，特点是，依光路方向设置有：

激光器，输出光束；

扩束镜，对从激光器输出光束的直径及发散角度进行连续调节；

第一反射单元，将扩束镜出射的光束反射至激光光束首次整形装置；

光束首次整形装置，将能量呈高斯分布的激光光束进行光束整形，整形后的光束能量分布于一个环形或多个环形区域内；

光束二次整形装置，将首次整形过后的激光光束进行再次整形，对激光光束能量分布及大小调节，动态控制焦点分布范围；

第二反射单元，将二次整形后激光光束入射至聚焦镜；

聚焦镜，将第二反射单元反射的光束进行聚焦，激光光束形成有限范围内分布的多焦点，焦点分布范围包含被加工对象；

X-Y轴运动平台，承载被加工对象，相对于聚焦镜运动。

进一步地，上述的多焦点动态分布激光加工脆性透明材料的装置，其中，所述激光器为脉冲宽度小于100纳秒、波长可选范围343～2000纳米的脉冲激光器。

进一步地，上述的多焦点动态分布激光加工脆性透明材料的装置，其中，所述激光器为脉宽范围7～15皮秒、波长1030nm或1064nm的脉冲激光器。