[发明专利]同步多激光加工透明工件的装置和方法

权利要求书

1.一种对透明工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

将脉冲激光束源输出的脉冲激光束聚焦成脉冲激光束焦线，该脉冲激光束焦线沿着光束传播方向定向，并被引导到透明工件中，从而在透明工件的成像表面上形成脉冲激光束斑，其中：

所述脉冲激光束焦线在透明工件内产生感应吸收；并且

所述感应吸收在透明工件内沿着脉冲激光束焦线产生缺陷；

将由红外束源输出的红外激光束引导到透明工件上，使得红外激光束在成像表面上形成环形红外束斑，其中：

所述环形红外束斑在成像表面处包围脉冲激光束斑；以及

所述红外激光束加热透明工件；

沿着分离路径使透明工件和脉冲激光束焦线相对于彼此平移，从而通过激光形成多个缺陷，所述多个缺陷沿着所述分离路径在透明工件内限定轮廓线；以及

与透明工件和脉冲激光束焦线相对于彼此的平移同步地使透明工件和环形红外束斑沿着所述分离路径相对于彼此平移，使得环形红外束斑在透明工件和脉冲激光束焦线相对运动期间包围脉冲激光束斑，并沿着所述轮廓线或靠近所述轮廓线照射透明工件，从而沿着轮廓线分离透明工件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

引导所述脉冲激光束通过一个或多个透镜，以形成脉冲激光束焦线；

所述一个或多个透镜中的至少一个透镜包含非球面光学元件；以及

所述非球面光学元件包括折射轴锥透镜、反射轴锥透镜、负轴锥透镜、空间光调制器、衍射光学器件或立方体形光学元件。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

引导所述红外激光束通过位于红外束源与透明工件之间的一个或多个透镜；

所述一个或多个透镜中的至少一个透镜包含非球面光学元件；以及

所述非球面光学元件包括折射轴锥透镜、反射轴锥透镜、负轴锥透镜、空间光调制器、衍射光学器件或立方体形光学元件。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述红外激光束被光束引导元件以接近角重定向到透明工件上，所述接近角不平行于脉冲激光束的光束传播方向。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述光束引导元件包含镜子、2D扫描系统或可旋转扫描仪。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述光束引导元件包含可旋转扫描仪，并且该方法还包括用所述可旋转扫描仪旋转红外激光束，使得环形红外束斑在沿着透明工件的成像表面平移的时候旋转。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述红外激光束被引导通过光束调节元件，从而改变红外激光束的横截面光束轮廓。

8.根据权利要求1所述的方法，其中相邻缺陷之间的隔距是1微米至30微米。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述环形红外束斑的外径是0.5mm至20mm；

所述环形红外束斑的内径是所述外径的5％至95％。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述环形红外束斑和脉冲激光束斑在透明工件的成像表面上是同轴的。

11.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述环形红外束斑和透明工件以1mm/s至10m/s的速度相对于彼此平移；

所述脉冲激光束焦线和透明工件相对于彼此平移的速度等于环形红外束斑和透明工件之间相对运动的速度。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述红外激光束具有20W至1000W的功率。

13.根据权利要求1所述的方法，其中：

轮廓线的相邻缺陷之间的隔距是7微米至12微米；以及

脉冲激光束产生脉冲串，所述脉冲串具有5个子脉冲/脉冲串至15个子脉冲/脉冲串，并且脉冲串能量是400μJ/脉冲串至600μJ/脉冲串。