[发明专利]一种基于贝塞尔光束的复合脉冲激光深孔加工装置

说明书

本发明公开了一种基于贝塞尔光束的复合脉冲激光深孔加工装置，包括短/超短脉冲激光光源、双面镀膜平面镜、小孔光阑、倍频晶体、准直镜、1/4波片、高斯‑贝塞尔转换装置、扫描振镜；利用复合脉冲激光进行微孔分步加工：先利用短脉冲激光加工效率高的优势进行微孔的初步加工，然后根据超短脉冲激光加工精度高、热影响区小的优势对上述初加工微孔进行重铸层及热影响区的去除。利用贝塞尔光束光斑直径小、焦深长的性质进行高深径比的微孔的加工；利用双面镀膜平面镜及小孔光阑进行同轴组束，并通过倍频装置统一复合激光的波长，保证了复合脉冲激光在同一光学系统中传输稳定性，提高复合脉冲激光的加工精度。

技术领域

本发明属于激光加工领域，尤其是涉及一种基于贝塞尔光束的复合脉冲激光深孔加工装置。

背景技术

微孔制造在航空航天、微流体器件、电子元器件等相关领域有着及其重要的应用，随着科学技术的迅速发展，传统的加工方法已经不能满足微孔加工的要求，尤其是对于航空发动机构件上深径比大的微小孔加工。激光微孔加工由于其非接触、几乎可对任何材料进行加工等优势已被应用在各种微孔加工中，激光微孔加工技术根据脉宽主要可分为三种：长脉冲激光加工，短脉冲激光加工及超短脉冲激光激光加工。其中，长脉冲和短脉冲激光进行微孔加工的优势在于打孔效率高，但是微孔加工的质量和精度低，尤其是直径小于200μm的孔，孔内存在着重铸层及热影响区域，重铸层及热影响区域的存在严重影响了上述航空发动机构件的使用性能与寿命。

超短脉冲激光具有极小的脉冲宽度和极高的峰值功率，由于超快激光的高峰值功率及极短的作用时间，在进行微孔加工时候，热量还没有来得及扩散，材料已经被直接去除，被加工微孔具有很小的重铸层及热影响区，因此，超快激光微孔加工的精度非常高，达到纳米量级；但是超短脉冲激光受限于其光源输出功率，微孔加工的效率较低，尤其是加工孔群会耗时很久，不适应大规模应用。专利申请号201511021452.9的中国专利《复合脉冲激光打孔及装置》，提出了利用高重频复合短脉冲序列进行微孔加工，该方法有效将气膜孔重铸层厚度降低到11.5μm，同时也很大的提高了微孔的加工速度，但是该申请没有准确说明复合激光的定位精度问题，同时该方法是在高斯光束下进行，对于高深径比微孔孔群加工的应用存在限制。

发明内容

本发明为了解决航空发动机构建上的高深径比气膜孔加工锥度大效率低，复合脉冲激光加工定位精准度低的问题，提供了一种基于贝塞尔光束的复合脉冲激光深孔加工方法及装置。

同时利用贝塞尔光束及双面镀膜平面镜，其中，利用贝塞尔光束光斑直径小、焦深长的性质，结合扫面振镜的光束快速动态调控，实现了航空发动机构建上的高深径比气膜孔的高效加工，利用双面镀膜平面镜与小孔光阑解决了复合激光加工中的对位精度问题，同时利用倍频装置统一复合激光的波长，保证了脉冲激光复合在同一光学系统的传输稳定性，从而提高复合脉冲激光的加工精度。

本发明为解决上述问题所提供技术方案如下：

一种基于贝塞尔光束的复合脉冲激光深孔加工装置，包括超短脉冲激光光源、短脉冲激光光源、反射镜、双面镀膜平面镜、小孔光阑、倍频晶体、准直镜、1/4波片、高斯-贝塞尔转换装置、扫描振镜和工件；

所述超短脉冲激光光源波长为短脉冲激光光源波长的2倍；

所述短脉冲激光光源发出的激光束辐照在双面镀膜平面镜上，经双面镀膜平面镜后经小孔光阑、准直镜、1/4波片、高斯-贝塞尔转换装置、扫描振镜辐照在工件上进行打孔；

所述超短脉冲激光光源发出的激光束辐照在双面镀膜平面镜上，经双面镀膜平面镜后经小孔光阑、倍频晶体、准直镜、1/4波片、高斯-贝塞尔转换装置、扫描振镜辐照在工件上去重铸层及热影响区。

进一步的，所述双面镀膜平面镜包括平面镜、第一薄膜和第二薄膜，第一薄膜和第二薄膜分别设置在平面镜的两侧；其中，第一薄膜为增反膜，用来反射超短脉冲激光光源发出的激光束，第二薄膜为增透膜，用来透射短脉冲激光光源发出的激光束。