[实用新型]一种超快激光透明材料的加工装置

说明书

本实用新型公开了一种超快激光透明材料的加工装置，由光纤超快激光器、聚焦透镜和焦点调整机构组成，其特征在于：光纤超快激光器主要由输出波长在1020纳米～1090纳米之间的种子激光器、多级或单级光纤放大器、准直器构成，所述种子激光器上设有脉冲控制装置；种子激光器的输出光经光纤放大器放大后，由准直器准直后输出激光脉冲串；所述激光脉冲串经聚焦透镜聚焦在透明材料的待加工位置，焦点调整机构按设定轨迹调节聚焦点相对透明材料的位置，以垂直于所述透明材料的上表面和下表面的方向为上下方向，所述聚焦点与所述透明材料之间具有上下方向相对运动的自由度。本实用新型能大大提高材料去除效率，不需要加热或酸侵的后续工序，也不会产生斜角。

技术领域

本实用新型涉及一种透明材料加工装置，具体涉及一种用于透明材料的超快激光加工装置。

背景技术

玻璃和蓝宝石透明材料已经成为了人们日常生活中不可缺少的一部分，随着经济的发展，对玻璃制品的需求量与日俱增。在玻璃和蓝宝石的生产工业中，玻璃和蓝宝石加工是一个十分重要环节。

一般来说，玻璃和蓝宝石加工（冷加工）主要包括抛光、切割、钻孔、雕刻、磨边等。为了工业化实现上述玻璃和蓝宝石加工的目的，现有技术中采用的加工方法主要有机械加工方法、化学加工方法（主要用于抛光和刻蚀）、高压水射流加工方法（主要用于切割和钻孔）和激光加工方法。其中，激光加工方法在加工速度和自动化程度方面都要远远优于其它的方法。

通常，对玻璃和蓝宝石进行激光加工采用的是波长在10.6μm附近的CO₂激光器，其输出功率一般需要达到100W以上。CO₂激光器加工玻璃和蓝宝石是通过激光入射使玻璃受热后发生断裂而实现的。以平板玻璃的切割为例，将CO₂激光器发出的激光束聚焦到平板玻璃上，高功率的激光使得玻璃在激光的焦点位置受热发生断裂，裂缝向玻璃的上下表面延伸从而完成切割。在受热切割的过程中，通常需要使用淬火嘴将冷水或冷气喷射到切割道上，使玻璃裂开。这种方法切割精度较低，同时难以加工复杂图形。

使用纳秒脉冲激光可以对玻璃和蓝宝石进行激光加工，达到比CO₂激光器更好的加工效果。与传统的CO₂激光器不同，这种纳秒激光器是通过微爆破的方式实现玻璃加工的。同样以平板玻璃的切割为例，通过3D扫描振镜可以使激光的焦点在竖直方向上移动，在激光焦点经过的地方，玻璃会发生微米量级的爆破，这种微小损伤在竖直方向上叠加从而实现了精度更高的切割。

然而，上述的这种纳秒激光器在玻璃和蓝宝石加工方面还存在着一些缺陷。纳秒激光加工后的崩边一般大于50微米，然而在不少应用场合，要求崩边小于20微米。

为了达到小于20微米的激光加工水平，可以采用超快激光加工。而超快激光加工一般会在切割位置产生一个斜角。一种办法是采用超快激光成丝切割方法，然而，成丝切割时没有材料的去除，所以一般需要加热或酸侵等后续工序才能使材料分开。加热或酸侵在很多情况下会对材料产生不良影响。而当激光加工的直径小于5毫米时，即使是使用加热或酸侵也很难使材料分开。

所以，需要设计一种新的超快激光透明材料加工装置，从而实现透明材料的快速、低成本加工且不形成斜角。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种超快激光透明材料的加工装置，以克服现有技术中加工受限的问题，提高激光透明材料加工的精度和速度。