[发明专利]一种深紫外超快激光蓝宝石切割的方法及系统

说明书

本发明提供一种深紫外超快激光蓝宝石切割方法和系统，所述方法包括步骤：1)将蓝宝石工件通过固定装置固定于工作台上；2)设置激光器发射的激光依次经过整形光路、光束传输光路、激光切割头后，聚焦在工作台上的蓝宝石工件表面；所述激光切割头通过驱动系统设置于蓝宝石的上方；3)所述激光器为深紫外超快激光器；4)通过控制激光束在蓝宝石工件表面X、Y、Z轴的行进速度，完成蓝宝石工件的切割。本发明基于锁定的高重复频率、单脉冲工作、高单脉冲能量、单脉冲能量一致性高的超快激光，对蓝宝石进行切割，光子一致性好，切割的精度高。

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，具体涉及一种深紫外超快激光蓝宝石切割的方法及系统。

背景技术

蓝宝石是一种氧化铝的单晶，晶格结构独特，耐磨且抗风蚀，莫氏硬度高达9，仅次于金刚石。早期由于其高硬度、耐磨性、光泽度透光性、及其加工水平要求较高而产量不足导致稀缺，只作为珠宝首饰和手表表面出现，售价昂贵。

随着苹果公司采用蓝宝石作为摄像头的保护玻璃和Home键保护玻璃，蓝宝石材料已在智能手机和可穿戴设备上得到广泛应用，在航空、国防、LED、医疗、消费电子等领域带来了更广阔的增量空间。其中LED衬底是蓝宝石下游最主要的应用，市场占比超过50％。

这些应用领域都需要对蓝宝石进行精细的加工。但由于蓝宝石是硬脆性材料，传统的机械加工易产生裂纹、碎片、分层、崩边、边缘破裂和刀具易磨损，又由于蓝宝石化学稳定性较好，使得传统的化学加工方法对其难以加工等难题,直到激光切割技术的出现。

激光切割蓝宝石，尤其是传统的光纤超快皮秒、飞秒激光器切割蓝宝石，难点在于控制激光参数、峰值功率密度、等运转参数，及其相关的加工工艺。例如当脉冲串能量从30uJ增大到150uJ，加工长度从100um增大到250um。当脉冲串能量从150uJ增大到200uJ，加工长度几乎保持不变。也就是说一开始加工长度随着脉冲串能量的增加而增大，但是在脉冲串能量超过150uJ后饱和。其中最重要的原因是脉冲串内单脉冲能量不均匀、脉冲时间不同步，时域漂移导致的能量散射，引起的加工阈值饱和现象。

为了蓝宝石的加工长度超过饱和阈值，常用的方法是采用“隐切”方式，用特殊切割头，在激光传输方向的焦点位置，形成多个达到近似饱和阈值的焦点，通过在有效加工区域内的累计加工长度，聚焦位置辐照后，才能切割250um厚以上的蓝宝石。然而对于这样的低热导、硬质脆性材料，如此累加的脉冲串能量，会使其局部超快速升温，导致样品开裂，加工区可能存在的微龟裂，衔接位置分布杂乱不均匀，也会对切割件的质量产生影响。因此，有必要根据蓝宝石超快激光加工的特点，选用合适的超快激光参数工艺，并对相关加工组合参数进行优化，达到切割的更高效果。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种深紫外超快激光蓝宝石切割的方法及系统。该发明方法单脉冲功率密度可高达10¹²W/cm²以上，激光作用区的材料会瞬间蒸发或汽化，在蓝宝石材料内部几乎不再形成饱和加工长度。

本发明提供的一种深紫外超快激光蓝宝石切割的方法，所述方法包括步骤：

1)将蓝宝石工件通过固定装置固定于工作台上；

2)设置激光器发射的激光依次经过整形光路、光束传输光路、激光切割头后，聚焦在工作台上的蓝宝石工件表面；所述激光切割头通过驱动系统设置于蓝宝石的上方；

3)所述激光器为能够发射锁频均匀能量单脉冲的深紫外超快激光器；所述激光器的发射频率为50KHz-100KHz之间的一定值；所述激光器发射的单脉冲能量为200uJ-400uJ，所述单脉冲能量的一致性为≤±5％；

4)通过控制激光切割头激光束在蓝宝石工件表面X、Y、Z轴的行进速度，完成蓝宝石工件的切割。

进一步，所述激光器为全固态皮秒激光器。