[发明专利]增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置及加工方法

权利要求书

1.一种增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于包括有保护装置、激光束、透镜组、容器、限制层，其中容器所设中空腔体内装设有工作液体，工件放置在工作液体的表面并与工作液体接触，保护装置装设在工件的顶面，限制层装设在工件的下方，激光束通过透镜组照射在工件的背面。

2.根据权利要求1所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于上述工作液体为能发生激光诱导光化学沉积的质量浓度为1～25%范围内可调的CuSO₄溶液或者CuSO₄混合溶液。

3.根据权利要求2所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于上述CuSO₄溶液是将硫酸铜晶体充分溶解于去离子水中，形成硫酸铜水溶液。

4.根据权利要求2所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于上述CuSO₄混合溶液是在硫酸铜水溶液中加入络合剂、还原剂和PH调节剂形成的混合溶液。

5.根据权利要求4所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于上述络合剂为氨水或三乙醇胺，还原剂为甲醛或次磷酸钠，PH调节剂为氢氧化钠。

6.根据权利要求1所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于透镜组包括有扫描振镜聚焦透镜组和反射聚焦透镜组。

7.根据权利要求1至6任一项所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于上述限制层为玻璃限制层。

8.根据权利要求7所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于上述激光束为脉冲红外激光；上述激光束的激光波长范围780～2526 nm；上述激光脉宽为大于等于20 ns；上述激光能量密度范围1～200 J/cm²；上述激光频率范围0～50 kHz；上述激光扫描速度范围0.1～50 mm/s；上述激光扫描次数1～50次。

9.根据权利要求8所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置，其特征在于上述限制层与工件之间的距离调节范围为0.3～5.0mm；上述保护装置对入射激光透明，并且固定在工件的上表面；上述激光头与工件发生X/Y/Z方向的相对运动方式有两种：a）安装工件2的工作台能沿着Z向直线运动，透镜组中的扫描振镜聚焦透镜组工作，扫描振镜沿着X/Y方向扫描；b）激光头固定不动，透镜组中的反射聚焦透镜组工作，工作台沿着X/Y/Z方向直线进给运动，其中X/Y两轴联动；上述激光的焦点作用在透明工件的背面，即工件与液体接触的区域，通过调节工作台方向的位置实现。

10.根据权利要求1所述的增强蓝宝石激光背向湿式刻蚀率的加工装置的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

    1）将待加工的透明蓝宝石工件放置在工作液体的表面并与工作液体接触；

    2）在工件下方装设限制层，调节工件和限制层之间的距离；

    3）在工件的顶面设置一个保护装置，其作用为：a）防止液体因工件被切穿产生喷溅；b）保护装置对工件施加一定的压应力，可以减小切割瞬间产生的压力差，从而防止工件产生裂纹;

4）激光束通过透镜组聚焦在工件与工作液体接触的区域，聚焦处发生激光诱导光化学反应和激光诱导空化效应；

    5）激光诱导液体产生光化学反应，在透明样件的背面形成沉积层，沉积层增强了材料对激光的吸收率，材料吸收能量导致温度升高，达到熔点或者汽化点，实现对材料的去除；

    6）激光诱导的空泡塌陷时形成指向工件背面的高速微射流8，高速微射流的冲击作用会促进工件背面发生光化学沉积；

在一定范围内，减小工件和限制层的距离，微射流的冲击作用不断增强，工件背面发生光化学沉积增强，材料的激光刻蚀率得到提高；

7）产生激光束的激光头与工件发生沿着X/Y/Z方向的相对运动，在脉冲激光的作用下，实现材料的表面微结构和成形切割加工。