[发明专利]锁频单脉冲绿光超快激光精密雕刻透明材料的方法和系统

说明书

本发明提供一种锁频单脉冲绿光超快激光精密雕刻透明材料的方法和系统，所述方法包括步骤：1）设置能够在高重复频率下发射高能量单脉冲且单脉冲能量一致性高的超快激光器，所述频率为10KHz‑200KHz，所述单脉冲能量为50uJ‑1000uJ；2）锁定发射频率为定值；3）设定激光波长为532±5nm；4）所述超快激光经过整形光路、光束传输光路输入到振镜、再经过场镜后聚焦透明材料表面或者内部；5）在软硬件控制器的控制下完成雕刻。本发明的雕刻方法是通过高单脉冲能量的超快激光汽化材料加工面来实现雕刻，几乎没有热影响区出现、也不需要辅助粉末等物料，标记内容精细清晰、不改变基材强度。

技术领域

本发明涉及激光雕刻技术领域，具体涉及一种锁频均匀能量单脉冲绿光超快激光精密雕刻透明材料的方法和系统。

背景技术

激光雕刻技术可用于透明材料(如玻璃、蓝宝石等)的标刻，广泛应用于消费类电子、汽车、航空航天、建筑及居家生活等众多领域，因而市场需求空间广阔、发展潜力有待挖掘。

目前，透明材料激光雕刻技术主要采用CO2激光器、绿光纳秒激光器、紫外纳秒激光器或基于超快光纤激光器的雕刻机，通过破坏透明材料表面来实现雕刻。这类雕刻方法的原理是热至熔化作用，而热影响区的出现会使得加工面挂渣、裂纹以及崩边，导致标记内容不清晰、材料强度变弱,甚至使基片变得疏松。

基于超快光纤激光器雕刻机雕刻时，单脉冲宽度一般为皮秒或者几百飞秒级别。为了满足玻璃等硬脆性透明材料的高能量加工阈值，必须提高其平均功率，需要工作范围在几百KHz至1MHz甚至1GHz以上的重复频率，过快的频率与市面上常规振镜几个KHz,几十KHz到几百KHz的工作频率范围相配套，会匹配失谐而出现漏点、漏标记甚至标记时序失调的情况。而且为了弥补单脉冲能量较低的状态，在同一重复频率下经常采用脉冲串输出模式。由于串内各个脉冲的起始时间有序列，在时域上表现为先后顺序，导致雕刻时工件材料表面的雕刻具体位置点受此时间序列影响，在空间上发生相应的漂移。同时串内各个单脉冲的能量一般起伏较大、导致工件材料表面的雕刻效果一致性较差，降低了质量和效果。作为硬脆性透明材料的玻璃，雕刻时在激光脉冲串照射下，容易变暗或出现变色的色心，出现暗色标记，甚至局部改变了玻璃材料的特征参数，使基片变得疏松。经过多脉冲串次照射之后，被照射的局部进一步变暗，最后形成周围发黑的边，材料强度变弱。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种锁频均匀能量单脉冲绿光超快激光精密雕刻透明材料的方法。

本发明所述的锁频均匀能量单脉冲绿光超快激光精密雕刻透明材料的方法，包括步骤：

1）设置能够在高重复频率下发射高能量单脉冲且单脉冲能量一致性高的超快激光器，所述高重复频率为10KHz-200KHz，所述高能量单脉冲能量为50uJ-1000uJ，所述单脉冲能量一致性为：单脉冲间能量差异≤±5%；

2）锁定发射频率为10KHz-200KHz之间的一定值；

3）设定激光波长为532±5nm；

4）所述激光器发射的超快激光，经过整形光路放大光束尺寸、再经过光束传输光路输入到振镜、再经过F-θ场镜后聚焦在工件承载台上的透明材料工件表面或者内部；

5）在软硬件控制器的控制下，设置激光参数和加工参数；控制振镜及激光发射，完成透明材料表面或内部雕刻图案的激光雕刻。

本发明所述锁频均匀能量单脉冲是指激光工作方式为锁定频率下均匀能量单脉冲周期性输出。

所述激光器为全固态皮秒激光器。

所述单脉冲宽度为1-10ps。

所述激光器窗口光斑为1-3mm，发散角0.5-1.5mrad 。

所述整形光路为放大倍率为1-8倍的扩束光路。

所述光束传输光路为传输距离10-1000mm的传输光路组成。