[发明专利]一种薄膜材料去除的激光加工装置和方法

权利要求书

1.一种薄膜材料去除的激光加工装置，其特征在于，沿着激光光线传播路径，依次设置：激光器、小孔光阑和透镜系统，所述透镜系统包括等效透镜一和透镜二，所述等效透镜一包括第一聚焦镜组和第二聚焦镜组，所述第一聚焦镜组具有负的焦距f′₁，焦距范围是-10mm到-1000mm，所述第二聚焦镜组具有正的焦距f′₂，焦距范围是10mm到1000mm，其中第一聚焦镜组与第二聚焦镜组的焦距的比值用M表示，所述等效透镜一的等效焦距为其中L₁₂表示等效透镜一的两组镜片的相对距离，所述等效透镜一是可调的扩束镜的结构，令Δ₁₂＝f′₁+f′₂-L₁₂，调节L₁₂的时候，会有像面的平移，当Δ₁₂＞0时候，最后经过透镜二的像面在组合焦距焦点的前方，当Δ₁₂＜0的时候，最后经过透镜二的像面在组合焦距焦点的后方，当L₁₂＝f′₁+f′₂时，Δ₁₂＝0，最后经过透镜二的像面在组合焦距焦点的位置，所述等效透镜一与透镜二的光学间隔设置为Δ₂₃，那么其中，L₂₃表示等效透镜一与透镜二之间的相对距离，f′₃表示透镜二的焦距，整个装置的总焦距为其中，令x_±表示像面的位置距离焦点前后的距离，x_-表示像面的位置距离焦点前的距离，x₊表示像面的位置距离焦点后的距离，则其中，L表示小孔光阑与等效透镜一之间的相对距离，所述激光加工装置的平顶光斑由下式计算得到：

其中，d_(foc)是聚焦镜后的平顶光斑大小，d_(hole)是小孔光阑的直径；所述激光器发出的高斯光束经过小孔光阑及透镜系统后形成一个边缘锐利的像，同时所述高斯光束经过小孔光阑后，由于衍射现象而出现边缘不明显的衍射级次，不同的衍射级经过所述透镜系统汇聚叠加后将高斯光束的光斑成像为边缘锐利且平顶形状的光；所述小孔光阑根据激光器激光光斑的大小选定，小孔光阑的直径为能量损耗为30％的位置。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜材料去除的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括两维光束反射机构，所述两维光束反射机构设置在等效透镜一和透镜二之间。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜材料去除的激光加工装置，其特征在于，所述透镜二具有正的焦距f′₃，焦距范围是1-1000mm。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜材料去除的激光加工装置，其特征在于，所述等效透镜一的M根据聚焦光斑的大小即需要的平顶光斑的尺寸以及小孔光阑的孔径计算得到，在2至10之间选取。

5.一种薄膜材料去除的激光加工方法，采用如权利要求1至4中任一项所述的激光加工装置实现，其特征在于，包括：

沿着激光光线传播方向，依次设置激光器、小孔光阑、等效透镜一、两维光束反射机构、透镜二和光电探测器，所述等效透镜一、两维光束反射机构和透镜二构成透镜系统；

所述激光器发出的高斯光束经过小孔光阑及透镜系统后形成一个边缘锐利的像，同时所述高斯光束经过小孔光阑后，由于衍射现象而出现边缘不明显的衍射级次，不同的衍射级经过所述透镜系统汇聚叠加后将高斯光束的光斑成像为边缘锐利且平顶形状的光；

在激光加工之前利用光电检测器，于所述透镜二的焦内、焦点和焦外，进行平顶光斑位置的确定；

将待 加工工件放置在XYZ电动平移台上，通过调节XYZ电动平移台的Z轴，使待 加工工件的上表面与平顶光斑位置对齐；

选择激光加工工艺参数并配合XYZ电动平移台完成激光加工。