[发明专利]基于光束整形的双光路超快激光焊接装置及加工方法

权利要求书

1.基于光束整形的双光路超快激光焊接装置，其特征在于，包括飞秒激光器、半波片、偏振分光棱镜、电控快门、激光扩束器、第一全反射镜、二向色镜、振镜系统、场镜、待焊接样品和XYZ移动焊接平台，所述飞秒激光器发出高斯光束依次通过半波片、偏振分光棱镜、电控快门、激光扩束器、第一全反射镜、二向色镜、振镜系统和场镜后聚集到待焊接样品上，两待焊接样品固定在XYZ移动焊接平台上，构成高斯光束焊接光路。

2.根据权利要求1所述的基于光束整形的双光路超快激光焊接装置，其特征在于，包括贝塞尔光束转换系统，所述贝塞尔光束转换系统包括第二全反射镜、反射式空间光调制器、第三全反射镜、光阑和第四全反射镜，第二全反射镜和第四全反射镜自左向右依次设在第一全反射镜和二向色镜之间，反射式空间光调制器设在第二全反射镜竖直方向下方，第三全反射镜设在反射式空间光调制器水平方向，第三全反射镜和第四全反射镜之间设有光阑，所述飞秒激光器发出高斯光束依次通过半波片、偏振分光棱镜、电控快门、激光扩束器、第一全反射镜、第二全反射镜、反射式空间光调制器、第三全反射镜、光阑、第四全反射镜、二向色镜、振镜系统和场镜后聚集到待焊接样品上，构成贝赛尔光束激光焊接光路。

3.根据权利要求1所述的基于光束整形的双光路超快激光焊接装置，其特征在于，还包括装有第一成像物镜的第一电荷耦合器件、装有第二成像物镜和第二电荷耦合器件、第一照明光源和第二照明光源，装有第一成像物镜的第一电荷耦合器件设在二向色镜的上方，第二照明光源设在XYZ移动焊接平台下方，待焊接样品的焊接位置成像依次通过场镜、振镜系统和二向色镜到装有第一成像物镜的第一电荷耦合器件上，构成第一观测光路；装有第二成像物镜和第二电荷耦合器件设在待焊接样品一侧，第一照明光源设在待焊接样品另一侧，待焊接样品的焊接位置成像通过装有第二成像物镜的第二电荷耦合器件上，构成第二观测光路。

4.根据权利要求1所述的基于光束整形的双光路超快激光焊接装置，其特征在于，所述飞秒激光器竖直方向发出的高斯光束上方由下至上依次设置半波片、偏振分光棱镜、电控快门、激光扩束器和第一全反射镜，沿第一全反射镜的水平方向上设置二向色镜，二向色镜下方依次设置振镜系统、场境和XYZ移动焊接平台。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于光束整形的双光路超快激光焊接装置，其特征在于，所述两待焊接样品均为透明脆性材料，或两待焊接样品为透明脆性材料与金属材质，所述透明脆性材料为玻璃、陶瓷、蓝宝石或硅。

6.使用权利要求1至4中任意一项所述的基于光束整形的双光路超快激光焊接装置的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)当两待焊接样品间距达到光学接触时，选择高斯光束焊接光路或贝赛尔光束激光焊接光路进行焊接，当两待焊接样品间距达到非光学接触时，选择贝赛尔光束激光焊接光路进行焊接；焊接前，将两待焊接样品的焊接界面先后使用丙酮和无水乙酸清洁，并干燥处理；

(2)将步骤(1)的两待焊接样品按照焊接要求贴合，并固定在XYZ移动焊接平台上，使两待焊接样品的接触位置正对飞秒激光器发出的高斯光束的传输方向；

(3)通过飞秒激光器、半波片、偏振分光棱镜、电控快门和激光扩束器分别调整激光功率、脉冲宽度、重复频率和光斑大小，通过振镜系统和XYZ焊接平台调整扫描速度、扫描路径和扫描间距，使高斯光束或贝赛尔光束聚集在所设计的聚集位置处，按照所设计的扫描路径进行扫描焊接，通过第一观测光路和第二观测光路观察加工现象；

(4)激光焊接完成后，取下焊接样品。