[发明专利]一种双焦点激光加工系统及其加工方法

说明书

本发明提供一种双焦点激光加工系统，包括电源、脉冲激光发生器、分光器、凸透镜、凹面反射镜和用于放置工件的平台；分光器、凸透镜、凹面反射镜和平台依次由上至下设置；凹面反射镜的凹面面向平台，且凹面反射镜的中部开设有入射孔。本发明还提供一种双焦点激光加工方法。本发明一种双焦点激光加工系统及其加工方法，可形成两个激光聚焦点实现双焦点激光加工，从而有效提高激光能量利用率和加工效率。同时，该双焦点激光加工系统及其加工方法可实现实时调节激光焦点光斑尺寸，从而提高激光的加工精度和质量。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体地说，涉及一种双焦点激光加工系统及其加工方法。

背景技术

在玻璃、LED晶圆片、硅晶圆片和半导体等激光微细精密加工行业中，随着产品等级的提升，产品的厚度有逐渐变厚的趋势，单纯的单焦点进行多轮次多层加工的方式开始导致生产效率的下滑，所以双焦点激光精密微细加工进行效率提升就显现出重要的意义。

在许多传统激光微加工应用领域中，激光光束通过外光路后进入凸透镜聚焦后形成一个焦点，利用焦点高峰值功率密度来加工材料。随着被加工材料厚度的增加和加工效率方面的要求提升，现阶段影响加工效率的激光能量利用率越来越引起人们的重视。当激光照射到金属材料表面，由于金属存在过剩的自由电子，金属表面反射掉了大部分激光，只有一小部分激光被吸收。据文献记载，金、银、铜、铝等金属具有很低的激光吸收能力。当激光波长为1064纳米时，这些金属的激光吸收率都小于10％。因此，传统的激光微加工技术采用单焦点激光加工方式，会存在激光能量利用率的问题，从而导致加工效率和加工质量差。

另外，在激光微加工过程中，无法根据加工工件的加工需求以及现场加工的需求，来适应调节激光的光斑尺寸，从而不仅导致现阶段激光微加工的技术通用性差和实用性差，而且也会影响工件加工的定位精度和加工精度，导致工件加工质量难以达标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种双焦点激光加工系统及其加工方法，该激光加工系统和加工方法可形成两个激光聚焦点实现双焦点激光加工，从而有效提高激光能量利用率和加工效率；更进一步的目的在于，提供一种可实时调节激光焦点光斑尺寸的双焦点激光加工系统及其加工方法，从而提高激光的加工精度和质量。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种双焦点激光加工系统，其特征在于：包括电源、脉冲激光发生器、分光器、凸透镜、凹面反射镜和用于放置工件的平台；所述分光器、凸透镜、凹面反射镜和平台依次由上至下设置；所述凹面反射镜的凹面面向平台，且凹面反射镜的中部开设有入射孔；

所述脉冲激光发生器与电源电连接，其发出的激光束通过分光器反射得到第一光束；所述第一光束依次经过凸透镜和凹面反射镜入射孔后，实现在平台的工件上聚焦形成第一焦点；在第一焦点处散射的第二光束散射至凹面反射镜，并通过凹面反射镜反射后，实现在平台的工件上聚焦形成第二焦点；所述第二焦点处散射的光束通过凹面反射镜反射聚焦至第一焦点，第一焦点处散射的光束通过凹面反射镜反射聚焦至第二焦点，实现散射的光束在两个焦点之间来回。

在上述方案中，待加工的金属材料工件放置在凹面反射镜下方的平台上，第一光束经过凸透镜后通过凹面反射镜上的入射孔聚焦在金属材料工件的表面形成第一焦点。由于金属材料工件具有很低的激光吸收率，激光束能量的一小部分被吸收，而大部分散射到凹面反射镜中形成发散。在凹面反射镜反射后，这部分激光能量再次聚焦到金属材料工件中形成第二焦点。同样，激光能量的一部分被吸收，多余的散射再次到达凹面反射镜，并再次反射到第一焦点上。在这种方式中，第一光束来回在两焦点之间，直到激光束能量被金属材料工件完全吸收，或激光束逃逸。由于该系统的光束不断在两个焦点来回散射和反射，直至激光束能量被金属材料工件吸收或逃逸，从而有效提高激光能量利用率和加工效率。

本发明还包括用于调节激光束功率的滤光片轮和衰减器；所述滤光片轮和衰减器依次设置在脉冲激光发生器和分光器之间。