[发明专利]一种锥度可控的激光开槽加工装置及方法

说明书

本发明公开一种锥度可控的激光开槽加工装置及方法。其装置中，激光出射装置用于形成入射激光；光束整形系统设置在激光出射装置后，用于将入射激光整形为多光束；光束平移系统设置在光束整形系统后，用于将多光束平移变换至光束聚焦系统前，其中，光束平移系统包括第一透镜和第二透镜，第一透镜与第二透镜的间距可调；光束聚焦系统设置在光束平移系统后，用于将平移变换后的多光束进行聚焦；位移台用于搭载样品，并带动样品移动。本发明能够依次对入射激光进行多光束整形、平移变换和聚焦，并通过调节光束平移系统中第一透镜与第二透镜的间距，控制所加工槽体的锥度，可极大程度解决目前激光开槽加工中出现的锥度和热影响区问题，提高加工精度。

技术领域

本发明涉及激光微纳加工技术领域，尤其涉及一种锥度可控的激光开槽加工装置及方法。

背景技术

激光具有亮度高、方向性强、能量高并且分布密集等特点，当其照射到材料表面后，材料可在短时间内吸收大量光子能量而升温，达到融化甚至是气化状态，因此激光可以广泛实现增材、减材、连接等材料加工功能。近年来，随着激光加工技术的不断发展，激光加工开始渗入众多的行业，与传统加工技术形成互补，甚至在某些领域大有将传统加工技术取而代之的趋势。

其中，开槽是一种典型的去材加工种类，是利用加工手段在材料表面形成槽沟状结构的加工形式。传统方法是利用刀轮对材料从表面往内部进行一定深度的切割来形成沟槽结构，还有采用化学腐蚀方法来实现的。显然，这些方法都存在一定的缺陷和问题，机械方法损耗大、效率低，化学方法难度高、污染大，对于大规模高精度开槽加工存在一定的局限性。激光正好在这些方面具有传统方法所没有的巨大优势，在光伏、半导体等领域已经广泛应用于开槽加工。

然而，由于激光的聚焦特性和能量分布特点，直接进行开槽加工会导致较大的锥度和很窄的槽宽，与实际应用要求不符，所以通常需要对激光进行光束整形，使其具备平顶光的空间分布。这主要有三种实现方法：掩膜、衍射光学元件（DOE）和空间光调制器（SLM）。其中，利用掩膜产生平顶光最为简单，而且形成的槽型较好，但其能量利用率低，而且槽宽定型后无法更改。DOE和SLM都是利用相位调制原理来实现对入射光的调制的，但是由于衍射作用，会导致光束边缘下降平缓，从而导致锥度和热影响区的形成。

专利CN212094854U利用DOE将激光整形为多光束，通过多光束的叠加也可实现类似平顶光的效果，这样可以避免直接整形为平顶光时平缓的边缘。然而，边缘仍然是高斯型分布，虽然较平顶光稍好，但还是会存在加工锥度。而且，由于整形多光束之间无法靠的太近，叠加而成的光斑顶部无法实现较为平坦的结果，会导致槽底部出现波纹状的不平凸起。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种锥度可控的激光开槽加工装置及方法，可极大程度解决目前激光开槽加工中出现的锥度和热影响区问题，提高加工精度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锥度可控的激光开槽加工装置，包括激光出射装置、光束整形系统、光束平移系统、光束聚焦系统以及位移台；

所述激光出射装置用于形成入射激光；

所述光束整形系统设置在激光出射装置后，用于将入射激光整形为多光束；

所述光束平移系统设置在光束整形系统后，用于将多光束平移变换至光束聚焦系统前，其中，光束平移系统包括第一透镜和第二透镜，第一透镜与第二透镜的间距可调；

所述光束聚焦系统设置在光束平移系统后，用于将平移变换后的多光束进行聚焦；

所述位移台用于搭载样品，并带动样品移动。

进一步的，所述光束整形系统为振镜。

进一步的，所述光束整形系统为DOE，DOE可将入射激光整形为至少2排多光束且每排多光束中至少包含3束光束。