[发明专利]一种激光复合切割分离透明脆性材料的方法及装置

权利要求书

1.一种激光复合切割分离透明脆性材料的方法，其特征在于，该方法是采用超短脉冲激光和连续激光两者同时作为贝塞尔激光光源，将所述超短脉冲激光与所述连续激光同光轴合束得到贝塞尔合成激光束，利用该贝塞尔合成激光束对待处理的透明脆性材料进行激光扫描，能够同时基于该贝塞尔合成激光束中超短脉冲激光部分对透明脆性材料的烧蚀改性机理、以及连续激光部分对透明脆性材料的热应力切割分离机理，实现激光复合切割分离透明脆性材料；

其中，所述超短脉冲激光为皮秒脉冲激光或飞秒脉冲激光。

2.如权利要求1所述激光复合切割分离透明脆性材料的方法，其特征在于，作为贝塞尔激光光源的所述超短脉冲激光，其频率满足1-2000kHz，峰值功率密度满足高于10¹²W/cm²；相应的，所述贝塞尔合成激光束中超短脉冲激光部分能够在所述透明脆性材料上预加工出微点柱状改性微通道，从而减弱该透明脆性材料沿贝塞尔合成激光束扫切割分离路径方向的结合力；

作为贝塞尔激光光源的所述连续激光，其功率密度满足低于10¹¹W/cm²；相应的，所述贝塞尔合成激光束中连续激光部分能够同时对所述透明脆性材料中被所述贝塞尔合成激光束中超短脉冲激光部分改性的区域进行加热，引起微点柱状改性微通道之间的透明脆性材料受热膨胀；

这样基于所述贝塞尔合成激光束的整体作用，当贝塞尔合成激光束离开作用区后，受热膨胀的透明脆性材料通过界面对流散热和自身传导散热迅速冷却，诱导出大于柱状改性微通道之间透明脆性材料结合力的拉应力，使透明脆性材料上迅速形成贯穿微裂纹，然后断开，从而实现透明脆性材料一次性切割分离。

3.如权利要求1所述激光复合切割分离透明脆性材料的方法，其特征在于，所述贝塞尔合成激光束的激光扫描速率不低于100mm/s；

作为贝塞尔激光光源的所述超短脉冲激光及所述连续激光它们的波长均满足266-2000nm。

4.如权利要求1所述激光复合切割分离透明脆性材料的方法，其特征在于，作为贝塞尔激光光源的所述超短脉冲激光与作为贝塞尔激光光源的所述连续激光两者波长不同；

或者，作为贝塞尔激光光源的所述超短脉冲激光与作为贝塞尔激光光源的所述连续激光两者偏振方向不同；优选的，作为贝塞尔激光光源的所述超短脉冲激光为具有P偏振方向的超短脉冲激光、而作为贝塞尔激光光源的所述连续激光为具有S偏振方向的连续激光，或者作为贝塞尔激光光源的所述超短脉冲激光为具有S偏振方向的超短脉冲激光、而作为贝塞尔激光光源的所述连续激光为具有P偏振方向的连续激光。

5.如权利要求1所述激光复合切割分离透明脆性材料的方法，其特征在于，所述贝塞尔合成激光束，其中心主瓣直径不超过3微米。

6.一种激光复合切割分离透明脆性材料的装置，其特征在于，包括超短脉冲激光输出组件、连续激光输出组件、合束组件、贝塞尔激光合成组件及xy两维工作台(18，43)；其中，

所述xy两维工作台(18，43)用于放置待处理的透明脆性材料，并能够带动该待处理的透明脆性材料在xy平面内运动；

所述超短脉冲激光输出组件包括超短脉冲激光器(1，30)和与该超短脉冲激光器(1，30)配合使用的第一扩束准直镜(3，32)，用于输出超短脉冲激光；该超短脉冲激光具体为皮秒脉冲激光或飞秒脉冲激光；

所述连续激光输出组件包括连续激光器(11，44)和与该连续激光器(11，44)配合使用的第二扩束准直镜(13，46)，用于输出连续激光；

所述合束组件用于将所述超短脉冲激光与所述连续激光进行同光轴合束成复合激光；

所述贝塞尔激光合成组件则用于对所述复合激光进行处理，使其转变为贝塞尔合成激光束；该贝塞尔合成激光束进一步被传输至所述xy两维工作台(18，43)上，能够对所述待处理的透明脆性材料进行一次性切割分离。