[发明专利]一种动态调节脉冲能量与时间间隔的激光加工方法

说明书

本发明提供了一种动态调节脉冲能量与时间间隔的激光加工方法，包括：将多个衰减值互不相同的激光衰减片、多个相位延迟值互不相同的相位延迟片安装在电动转轮上，配置好激光器、加工激光束、扩束准直镜、转轮、反射镜和聚焦物镜的空间方位；开启激光器，激光器输出加工激光束，所述加工激光束经衰减片的衰减后，加工激光束的脉冲能量衰减为E₁，脉冲时间间隔变为T₁，最后经反射镜反射后进入聚焦物镜，由聚焦物镜输出后聚焦在工件表面；关闭激光器，判断是否已满足加工要求，若不满足，旋转转轮进行下一次加工。本发明可以实现对激光材料加工过程中能量输出的精密动态控制，具有控制精度高、响应快、加工效率高的优点。

本申请是申请号为201710546389.3，申请日为2017-07-06，名称为《一种动态调节脉冲能量与时间间隔的激光加工方法及装置》的分案申请。

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种动态调节脉冲能量与时间间隔的激光加工方法。

背景技术

激光与材料作用的基本过程可以分为两个过程：热力学过程和非热力学过程。当热能传播时间短于激光脉冲宽度时，在材料吸收激光能量的时间段内，就会发生电子受激过程、电子-声子弛豫过程、声子-声子弛豫过程等多种热传递和扩散过程。这样在灼烧时激光对材料熔化、气化、去除都是通过热效应实现的，这就使激光灼烧区域边缘受到严重的热影响和损伤。这就是长脉冲激光与材料相互作用的本质，当入射长脉冲能量足够强，材料也会直接电离成等离子体，造成材料的去除。而当激光脉冲宽度远小于电子-声子的弛豫时间时，在激光脉冲与材料相互作用时间段内不会发生能量以热能的形式存在和扩散，从而避免了热扩散造成的热影响和损伤，这就是超短脉冲激光与材料相互作用本质。飞秒脉冲激光辐射材料时，能量并不会以热能形式转移，而是在材料表面形成等离子体，这些等离子体由材料中的原子直接吸收高密度的激光脉冲能量形成的，等离子体的形成在加工过程中对材料的去除起到了很大的作用。因此相比于长脉冲激光加工，短脉冲激光加工的工件形貌更好，但是等离子体的产生会吸收一部分激光能量，并且由于光压材料汽化等过程的存在，在加工区域的材料与外界界面附近也会形成压力波，影响加工后材料的表面形貌。

激光与材料相互作用的过程跟多种因素有关，既与激光光源有关，又与作用材料及外部环境有关。材料本身的热耦合系数、热常数、吸收系数、反射系数等都会对作用过程产生影响；激光光源的因素主要有脉宽、能量、功率密度、激光波长、重复率、光强分布等，其中任何一种因素都会对作用过程产生重要影响。也正是激光参数的这种多样性给激光与物质相互作用这一研究领域增添了活力，进一步开拓激光的应用范围。

目前，脉冲激光加工的主要工艺参数包括激光功率(重复频率×脉冲能量)、重复频率(固定的脉冲时间间隔)、扫描速度等，现有的脉冲激光加工设备，对工艺参数调节一般是调重复频率、占空比来调激光功率，不能任意动态调节脉冲能量与时间间隔。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种动态调节脉冲能量与时间间隔的激光加工方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种动态调节脉冲能量与时间间隔的激光加工方法，包括如下步骤：

(1)根据激光加工要求，确定激光加工的多组参数，所述每组参数均包括脉冲能量与时间间隔；

(2)将多个衰减值互不相同的激光衰减片安装在电动衰减片转轮上，其安装方位是：多个激光衰减片在与电动衰减片转轮中心轴线距离为R1的圆周方向上均匀排布，多个激光衰减片按衰减值大小排序，以顺时针方向按照衰减值从大到小或从小到大的次序依次安装，所有激光衰减片的中心轴线均与电动衰减片转轮的中心轴线平行；其中，R1小于电动衰减片转轮的半径；