[发明专利]基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置及其方法

说明书

本发明涉及基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置及方法，在皮秒激光器的光路输出端布置有反射镜，反射镜的反射光路上布置有第一透镜，第一透镜的输出光路的下方布置有水腔，水腔具有储水腔体，其侧面设有一进水口，上顶面和下底面均有开孔，上顶面的开孔处固定一窗口镜片，下底面的开孔处固定一红宝石喷嘴，红宝石喷嘴的下方设有用于放置金刚石的电动平台；所述反射镜的正上方依次布置有第二透镜和相机。将高能量的超短激光脉冲耦合至极微细的高速水射流中，突破光学聚焦焦深的限制，具有较长的可加工区间，实现对较厚材料的切割；由于水射流柱直径极细，实现极高的切割精度，材料损耗较小；加工时因水射流的冷却作用将热影响进一步减小。

技术领域

本发明涉及一种基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置及其方法。

背景技术

金刚石作为自然界中最坚硬的物质，极难加工成薄片。传统的加工方案一般采用机械切割成片，再研磨成薄片。这种传统加工方案对材料损耗较大，切割精度不高。

当然，也可使用现有的激光技术来切割金刚石，但由于激光切割的深宽比限制，对材料的厚度有一定的限制，切割后仍需研磨，整体加工效率不高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置，特点是：在皮秒激光器的光路输出端布置有反射镜，反射镜的反射光路上布置有第一透镜，第一透镜的输出光路的下方布置有水腔，水腔具有储水腔体，其侧面设有一进水口，上顶面和下底面均有开孔，上顶面的开孔处固定一窗口镜片，下底面的开孔处固定一红宝石喷嘴，红宝石喷嘴的下方设有用于放置金刚石的电动平台；所述反射镜的正上方依次布置有第二透镜和相机。

进一步地，上述的基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置，其中，所述第一透镜安装于上下移动机构上。

进一步地，上述的基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置，其中，所述红宝石喷嘴具有50um的通孔。

进一步地，上述的基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置，其中，所述窗口镜片为蓝宝石玻璃。

进一步地，上述的基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置，其中，所述水腔的上顶面和下底面的中心部位设有开孔。

进一步地，上述的基于超短脉冲水导激光加工金刚石的装置，其中，所述水腔是由不锈钢金属制成的具有储水腔体的结构。

本发明基于超短脉冲水导激光加工金刚石的方法，皮秒激光器输出的皮秒激光脉冲经反射镜反射至第一透镜，进而激光经水腔上方的窗口镜片透射，聚焦至下方的红宝石喷嘴，由相机观测激光焦点的大小以及位置，通过调节反射镜的角度，使激光焦点与红宝石喷嘴的喷嘴孔中心重合，激光从喷嘴孔中心透射出，第一透镜可上下移动，用以聚焦激光并调节焦点的上下位置；

去离子水加压注入水腔的储水腔体，水压稳定后，水从红宝石喷嘴的喷嘴孔射出，形成射流水束；

金刚石置于电动平台上，射流水束喷射至金刚石上；设置皮秒激光器的工作参数，同时使电动平台带动金刚石以匀速往复运动，直至激光完全切开金刚石。

更进一步地，上述的基于超短脉冲水导激光加工金刚石的方法，其中，设置皮秒激光器的工作参数：脉冲重复率200kHz，波长515nm，脉宽10ps。

更进一步地，上述的基于超短脉冲水导激光加工金刚石的方法，其中，电动平台上的金刚石与红宝石喷嘴之间的距离为5mm。

更进一步地，上述的基于超短脉冲水导激光加工金刚石的方法，其中，水腔中的水压为1.5MPa。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：