[发明专利]一种双激光束序列扫描精密加工蓝宝石的方法

摘要

本发明提供了一种双激光束序列扫描精密加工蓝宝石的方法，包括：安装蓝宝石工件和激光加工头，输出纳秒脉冲激光束，按照待加工轨迹进行一次扫描运动；之后关闭纳秒脉冲激光束，开启超声波发生器进行化学腐蚀；再输出皮秒脉冲激光束，进行一次扫描运动，薄层材料得到快速去除；重复执行直至蓝宝石工件表面的孔或槽深度满足加工要求；最后采用超声波驱动磨粒抛光液对蓝宝石工件表面进行超声波磨料抛光。本发明结合了纳秒激光热处理、超声化学腐蚀预处理、皮秒激光精密加工、超声磨粒抛光后处理，一共四种精密加工工艺的序列复合加工效果，在同等刻蚀加工效率要求下有效降低了所需皮秒激光器的功率需求，降低了皮秒激光加工时间和设备成本。

主权项

一种双激光束序列扫描精密加工蓝宝石的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在工作台上安装超声波发生器，并在超声波发生器的上方固定安装一具有凹型开口的容器，所述容器内设有夹持装置，将蓝宝石工件通过夹持装置固定在所述容器内；所述容器内装有蓝宝石化学腐蚀液，蓝宝石化学腐蚀液的液面高度与蓝宝石工件的上表面平齐或低0.01mm～0.2mm；(2)安装激光加工头，所述激光加工头能够切换输出纳秒脉冲激光束和皮秒脉冲激光束；所述纳秒脉冲激光束和皮秒脉冲激光束的波长均为1064nm；其中，激光加工头与蓝宝石工件的相对方位应使得激光加工头输出的纳秒脉冲激光束和皮秒脉冲激光束垂直入射到蓝宝石工件表面，并聚焦在蓝宝石工件表面上；(3)开启纳秒脉冲激光器，控制激光加工头输出纳秒脉冲激光束，按照待加工轨迹控制纳秒脉冲激光束在蓝宝石工件表面进行一次扫描运动，使得蓝宝石工件表面的激光光斑照射区域温度升高到比蓝宝石工件的熔点低10～50摄氏度；(4)关闭纳秒脉冲激光器，使激光加工头停止输出纳秒脉冲激光束；(5)开启超声波发生器，使得容器内蓝宝石化学腐蚀液的液面发生波动，波动的液面在超声波驱动下漫过并冲刷蓝宝石工件表面，使得步骤(3)中蓝宝石工件表面的激光光斑照射区域发生化学腐蚀；(6)关闭超声波发生器，等待蓝宝石化学腐蚀液的液面平静下来，即不再漫过或冲刷蓝宝石工件表面；(7)开启皮秒脉冲激光器，控制激光加工头输出皮秒脉冲激光束，按照待加工轨迹控制皮秒脉冲激光束在蓝宝石工件表面进行一次扫描运动，使得蓝宝石工件表面的激光光斑照射区域发生熔化和蒸发，其表面薄层材料得到快速去除；(8)关闭皮秒脉冲激光器，使激光加工头停止输出皮秒脉冲激光束；(9)重复步骤(3)‑(8)，直至蓝宝石工件表面的孔或槽深度满足加工要求；(10)将容器内的蓝宝石化学腐蚀液更换为磨粒抛光液，更换后的液面超过蓝宝石工件表面，将蓝宝石工件完全浸没；(11)开启超声波发生器，超声波驱动磨粒抛光液对蓝宝石工件表面进行超声波磨料抛光，直到表面粗糙度满足加工要求。