[发明专利]一种激光多焦点切割球差矫正方法及装置

权利要求书

1.一种激光多焦点切割球差矫正装置，其特征在于，包括：

可更换拆卸光阑，对多焦点激光的近轴光束部分进行遮挡；

可移动的环形凸透镜，对多焦点激光的远轴光束部分引入负球差，校正由于透明材料表面对入射光折射而产生的正球差；

可移动的环形凹透镜，其曲率半径与环形凸透镜的曲率半径大小相等，对由环形凸透镜引入的负球差进行微调，使得环形凸透镜引入的负球差能校正透明材料表面引入的正球差，并且通过微调环形凸透镜与环形凹透镜的间隔，满足不同透明材料与厚度的激光多焦点切割需求。

2.一种激光多焦点切割球差矫正方法，其特征在于，包括：

采用环形凸透镜与环形凹透镜组合对因透明材料表面对入射光折射而引入的正球差进行矫正；

根据多焦点激光的焦距与预切割透明材料厚度，得出预矫正球差的大小，确定光阑直径与环形凸透镜与环形凹透镜的内径大小；

根据折射球面的光线追迹公式与得到的预矫正球差大小，得出环形凸透镜与环形凹透镜的曲面形状；

对光线进行追迹计算，确定环形凸透镜与环形凹透镜的间距，使得环形凸透镜与环形凹透镜引入的负球差可矫正因透明材料表面对入射光折射而引入的正球差；

搭建球差矫正装置，对多焦点激光进行球差矫正，实现透明材料的切割。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)加装光阑，遮挡多焦点激光的近轴光束部分；

2)多焦点激光的远轴光束进入环形凸透镜与环形凹透镜，根据计算所得两透镜的间距调整环形凸透镜与环形凹透镜的距离；

3)远轴光束聚焦在透明材料(6)中形成焦点，检测焦点光斑形状；微调环形凹透镜，改变环形凸透镜与环形凹透镜的距离；

4)重复步骤(3)，直到远轴光束形成的焦点光斑形状为球形，表明焦点的球差得到校正；

5)拆掉光阑，多焦点激光完全在透明材料内部聚焦；加工平台移动，完成透明材料的切割。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

经扩束镜准直后的激光束被多焦点镜头整形为环形分布，每个环形对应一个焦点，并在透明材料内部聚焦；多焦点镜头为衍射光学元件或带有不同焦距的环形透镜组。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

可移动的所述环形凸透镜和环形凹透镜的内径大小，与可更换拆卸光阑的直径相等；采用环形凸透镜和环形凹透镜，只对远轴光束进行球差矫正；当检测远轴光束形成的焦点光斑形状时，光阑用于遮挡近轴光束，防止近轴光束形成的焦点影响检测。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

预矫正球差的计算方法为：

其中Δ为因透明材料表面对入射光折射而引入的轴向正球差大小，h为焦点几何聚焦深度，NA为环形光束的有效数值孔径，n为空气折射率，n’为透明材料折射率。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的激光多焦点切割球差矫正方法，具体如下：

用于对远轴光束引入负球差的环形凸透镜的曲面，以及环形凸透镜与环形凹透镜的间隔，根据折射球面光线追迹公式进行设计：

U'＝U+I-I'

其中I、I’分别为入射角与出射角；L、L’分别为物方截距与像方截距，U、U’分别为物方孔径角与像方孔径角；r为透镜的曲率半径。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

环形凹透镜的曲率半径与环形凸透镜的曲率半径大小相等，用于对环形凸透镜引入的负球差大小进行微调，以矫正因透明材料表面对入射光折射而引入的正球差；并且通过微调环形凸透镜与环形凹透镜的间隔，满足不同透明材料与厚度的激光多焦点切割需求。