[发明专利]非对称分束激光加工透明材料的装置及其方法

说明书

本发明涉及非对称分束激光加工透明材料的装置及其方法，依光束传播方向设置有：激光光源，可输出宽度小于300纳秒、波长在343～2000纳米范围脉冲激光；传输系统，对从激光光源输出的激光光束扩束、反射；整形系统，将光束截面能量为高斯分布的激光光束转换为贝塞尔分布，形成贝塞尔光束；分束系统，为具有至少两个楔形面结构的楔形棱镜，每个楔形面相对于光轴的夹角不同，将激光光束分割为至少两个部分，形成至少两束贝塞尔光束；聚焦系统，对至少两束贝塞尔光束缩小汇聚成像聚焦。利用非对称楔形镜片将贝塞尔光束分割成至少两束，并利用贝塞尔光束的自重建特性，经聚焦装置汇聚成至少两个焦点；不仅提升加工效率，还显著降低成本。

技术领域

本发明涉及一种非对称分束激光加工透明材料的装置及其方法，属于激光加工技术领域。

背景技术

目前，对于脆性透明材料的激光加工技术，特别是玻璃材料，利用贝塞尔光束进行加工的方式已经获得较多的应用。受限于激光器本身性能的影响，特别是激光脉冲能量的限制，基本都采用单光束的方式进行加工。提高激光脉冲能量的方法有两个，一是提高激光器输出激光的最大功率，在相同脉冲重复频率下获得更高脉冲能量；二是维持功率基本不变或是稍微有所提高，降低脉冲重复频率以获得更高的脉冲能量或者是脉冲串的总能量；前者随着总功率的增加，技术要求高，且激光器的价格随之升高，性价比降低；后者因维持功率基本不变，技术门槛没有前者高，成本上升不大，但降低了重复频率，也降低了加工效率。在第二种情况下，采用分束的方法可以较大的提升加工效率，使激光器能量得到充分利用。激光分束的方法常用的方法是采用衍射光学组件，但在微小角度分束的情况下利用衍射原理要求入射光束的直径很大，实际使用中几乎无法应用；同时，贝塞尔光束本身具有的自重建特性使得光束在用折射方法分割后仍旧能维持贝塞尔光束的特性。另外，采用衍射光学组件，其成本较高。

因此，需要设计一种可降低成本、提升加工效率的激光加工方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种非对称分束激光加工透明材料的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

非对称分束激光加工透明材料的装置，特点是：依光束传播方向设置有：

激光光源，为可输出宽度小于300纳秒、波长在343～2000纳米范围脉冲激光的脉冲激光器；

传输系统，对从激光光源输出的激光光束扩束、反射；

整形系统，将光束截面能量为高斯分布的激光光束转换为贝塞尔分布，形成贝塞尔光束；

分束系统，为具有至少两个楔形面结构的楔形棱镜，每个楔形面相对于光轴的夹角不同，将激光光束分割为至少两个部分，形成至少两束贝塞尔光束；

聚焦系统，对至少两束贝塞尔光束缩小汇聚成像聚焦。

进一步地，上述的非对称分束激光加工透明材料的装置，其中，激光光源为可输出脉冲宽度为300fs~20ps、波长为1030或者1064nm的脉冲激光器。

进一步地，上述的非对称分束激光加工透明材料的装置，其中，传输系统包含具有可调倍率与改变发散角的扩束镜以及对光束传播方向调整与准直的反射镜。

进一步地，上述的非对称分束激光加工透明材料的装置，其中，整形系统为衍射光学透镜、轴棱锥或空间光调制器。

进一步地，上述的非对称分束激光加工透明材料的装置，其中，楔形棱镜为单个镜片或由多个镜片拼接而成。

进一步地，上述的非对称分束激光加工透明材料的装置，其中，楔形棱镜的楔形面的材料为同一种材料，或者不同种材料。

进一步地，上述的非对称分束激光加工透明材料的装置，其中，楔形棱镜后置有窗口透镜或正透镜。