[发明专利]一种基于自适应光学的毛玻璃切割装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应光学的毛玻璃切割装置及方法，沿激光光束传播路径依次包括：激光器、扩束镜、自适应光学系统、激光切割头和加工平台，所述加工平台上固定有待切割的毛玻璃工件；所述自适应光学系统包括波前探测器、波前控制器和波前校正器，所述波前探测器用于实时检测待切割毛玻璃的表面形貌，并将检测到的表面形貌实时反馈至波前控制器，所述波前控制器根据表面形貌数据控制波前校正器对激光束的相位进行调整。本发明利用不断变化的波前校正量来补偿不断变化的动态波前误差，使得本发明的切割装置在切割过程中可以自动适应毛玻璃表面的形貌变化，调整工作状态和参数，克服动态波前相位畸变导致的聚焦光斑弥散，提高激光能量集中度。

技术领域

本发明属于激光切割技术领域，具体涉及一种基于自适应光学的毛玻璃切割装置及方法。

背景技术

玻璃是工业和生活中常见的材料，在玻璃生产中，切割是最常见的一种加工应用，在某些行业如3C，对玻璃切割的要求越来越高。

传统激光切割玻璃方式一是用波长10.6um的CO₂激光器，玻璃对该波段光有强烈吸收，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。二是使用波长为532nm的纳秒短脉宽绿光激光器，输出的绿光经扫描振镜后由聚焦透镜聚焦到透明玻璃的待加工位置，使玻璃发生微米量级的爆破，通过扫描振镜移动焦点的位置，使爆破点在所需加工的区域叠加从而实现加工。但这两种切割方法得到的边缘质量较差，无法满足3C行业越来越高的要求。

通常情况，激光适用于切割表面平滑、透光性好的玻璃，如果材料上表面有花纹、凹坑等微结构，激光照射在上表面时发生散射、衍射、或不同方向的折射后，光束在材料内的传播出现弥散现象，有效能量密度将严重下降，以致无法实现加工。

为了解决上述问题，公开号为CN109759727A的中国专利公开了一种毛玻璃的激光切割方法及系统，通过在毛玻璃的两侧涂透明液体，再在毛玻璃的两侧贴透明玻璃，得到待加工玻璃，对待加工玻璃进行切割及裂片处理，得到成品。本发明的有益效果在于：该方法在待加工玻璃上下表面涂一层透明液体，然后用两片透明玻璃压紧，去除内部气泡，这样透光性很差的毛化玻璃就变透明，激光很容易穿透，再用Bessel光束对玻璃进行切割，在玻璃表面形成有一定间距直径约2um的孔洞，孔洞与孔洞之间生成裂纹，再通过扫描振镜将CO₂激光射到切割位置，使孔洞与孔洞之间的裂纹受热开裂，最后获得所需产品，该方法可以解决现有激光切割方法表面散射以及切割质量较差的问题，同时具备很高的加工效率。

该专利虽然可以提高毛玻璃切割的质量，但是其切割工艺复杂，需要将毛玻璃两侧涂透明液体并贴透明玻璃，加工过程中，毛玻璃与透明玻璃固定不易固定，且毛玻璃与透明玻璃之间容易产生气泡，从而降低了激光切割精度。

自适应光学（Adaptive optics，缩写为AO）是一项使用可变形镜面矫正因大气抖动造成光波波前发生畸变，从而改进光学系统性能的技术。配备自适应光学系统的望远镜能够克服大气抖动对成像带来的影响，将空间分辨率显著提高大约一个数量级，达到或接近其理论上的衍射极限。第一台安装自适应光学系统的大型天文望远镜是欧洲南方天文台在智利建造的3.6米口径的新技术望远镜。目前越来越多的大型地面光学/红外望远镜都安装了这一系统，比如位于夏威夷莫纳克亚山的8米口径双子望远镜、3.6米口径的加拿大-法国-夏威夷望远镜、10米口径的凯克望远镜、8米口径的日本昴星团望远镜等等。自适应光学已经逐步成为各大天文台所广泛使用的技术，并为下一代更大口径的望远镜的建造开辟了道路。

自适应光学技术目前仅在天文观测领域得到了应用，因此，亟需提出一种基于自适应光学的毛玻璃切割装置及方法，将自适应光学技术应用到毛玻璃切割领域，以消除毛玻璃表面不平整造成的波前相位畸变问题。

发明内容