CN101569962A - 双光路绿光微孔加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双光路绿光微孔加工装置，包括皮秒脉冲激光器、纳秒脉冲激光器、光路校准系统和光学聚焦系统，皮秒脉冲激光器的输出端布置有第一反射镜，纳秒脉冲激光器的输出端布置有第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜均与第三反射镜相衔接，第三反射镜的输出端设置光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端衔接有第四反射镜，第四反射镜通过光路校准系统与光学聚焦系统相衔接。采用光脉冲长度为纳秒、皮秒的两种激光器，光束的选择由光路选择系统控制，可仅使用一种激光器进行加工，亦可在加工过程中由两种激光器交替使用。双光路系统不仅保持了激光加工微孔的优势，而且针对不同的加工精细度和成本要求，可灵活选择加工方式。

Description

双光路绿光微孔加工装置
技术领域
本发明涉及激光微孔加工系统，尤其涉及一种利用双光路绿色激光对金属、陶瓷、塑料等多种材料进行微孔精细加工的装置。
背景技术
目前，激光已被应用在微孔加工领域。利用光学系统可以将激光聚焦到小于10um的光点，光点处的功率密度可达到109～1012W/cm2，加工时材料被熔化、气化，从而形成小孔，孔直径最小可达到25um左右。相比于机械钻头加工、电火花加工及蚀刻加工等三种加工方式，激光加工技术有着显著的优势：可加工直径小于0.1mm的微孔；加工速度快，每秒钟可加工上千个孔，且孔一致性较好；成本较低，无工具损耗；寿命长，工作稳定。
激光加工所用的半导体泵浦固体激光器一般为脉冲激光器，根据其激光脉冲宽度激光器可分为纳秒(10-9s)、皮秒(10-12s)、飞秒(10-15s)激光器。目前工业上激光钻微孔普遍使用的是单一纳秒激光器。由于纳秒激光器所产生的光脉冲宽度为纳秒级，与材料相互作用时热效应明显，孔边缘出现不光滑、烧焦、崩口、热裂纹等现象，导致加工精细度降低。尤其是在一些较软或是非晶相的材料(如有机薄膜、玻璃等)上钻孔时其热效应更为明显，甚至无法加工。而皮秒激光器所产生的光脉冲很短，单脉冲功率是纳秒脉冲功率的1000倍，材料直接被气化而不经过熔融态，从而可有效的减少热效应的发生。但目前皮秒激光器的工业应用较少，且设备昂贵，加工成本较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种双光路绿光微孔加工装置，旨在提高加工精细度，节约成本，降低加工时的热效应。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
双光路绿光微孔加工装置，包括皮秒脉冲激光器、纳秒脉冲激光器、光路校准系统和光学聚焦系统，特点是：所述皮秒脉冲激光器的输出端布置有第一反射镜，所述纳秒脉冲激光器的输出端布置有第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜均与第三反射镜相衔接，第三反射镜的输出端设置光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端衔接有第四反射镜，第四反射镜通过光路校准系统与光学聚焦系统相衔接。
进一步地，上述的双光路绿光微孔加工装置，其中，所述第一反射镜安装在电动一维平移台上。
更进一步地，上述的双光路绿光微孔加工装置，其中，所述皮秒脉冲激光器和纳秒脉冲激光器输出的激光均为绿色激光，波长为532nm。
再进一步地，上述的双光路绿光微孔加工装置，其中，所述扩束镜的放大倍率为3～10倍可调。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
采用光脉冲长度为纳秒、皮秒的两种激光器，输出均为532nm绿色激光，光束的选择由光路选择系统控制，可仅使用一种激光器进行加工，亦可在加工过程中由两种激光器交替使用。双光路系统不仅保持了激光加工微孔的优势，而且针对不同的加工精细度和成本要求，可灵活选择加工方式：如需高精细度加工则可选择用皮秒激光加工；如精度要求不高，则可选择纳秒激光加工；如加工精细度和成本都要考虑，则可先用纳秒激光进行粗孔加工，然后再用皮秒激光进行精修。其光路结构简单，调节方便；大大提高了加工精细度，减少了成本，显著降低加工时的热效应。简易适用，为一实用的新设计。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明光路结构的示意图；
图2：本发明装置的构造示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
  附图标记   含义   附图标记   含义   附图标记 含义
1   皮秒脉冲激光器 2   纳秒脉冲激光器 3 第二反射镜
  4   第一反射镜   5   第三反射镜   6   光闸
  7   扩束镜   8   第四反射镜   9   光路校准系统
10 光学聚焦系统 11 加工平台 12   电动一维平移台
具体实施方式
设计一种双光路系统，将纳秒激光(波长532nm)与皮秒激光(波长532nm)的光路进行整合，使得从纳秒脉冲激光器与皮秒脉冲激光器出射的两束不同脉冲宽度的激光束经过校准后由同一路径进入光学系统聚焦，从而进行微孔加工。
如图1、图2所示，双光路绿光微孔加工装置，采用双激光光源，包括光路选择、光路传输、光路校准和光学聚焦四部分，皮秒脉冲激光器1的输出端布置有第一反射镜4，第一反射镜4安装在高精度电动一维平移台12上，使得光路选择由高精度电动一维平移台12控制，平台往返运动精度高，确保激光通过恒定的路径，可选择进行单一激光加工或是双激光加工；纳秒脉冲激光器2的输出端布置有第二反射镜3，第一反射镜4和第二反射镜3均与第三反射镜5相衔接，第三反射镜5的输出端设置光闸6，光闸6的输出端连接有扩束镜7，扩束镜7的输出端衔接有第四反射镜8，第四反射镜8通过光路校准系统9与光学聚焦系统10相衔接。
皮秒脉冲激光器1和纳秒脉冲激光器2产生不同脉冲宽度的激光束，经过光路选择系统后进入激光传输系统，之后光束经光路校准系统9后进入光学聚焦系统10，从而将光束聚焦到加工平台11上的待加工材料表面，钻出微孔。通过软件控制光路的切换，可单独使用一种激光进行加工，或是加工中先后使用两种激光进行加工。
皮秒脉冲激光器1和纳秒脉冲激光器2输出的激光均为绿色激光，波长为532nm；在光路转换时，激光传输和聚焦系统中的光学元件无需更换，光路的调节也更为简洁。
光路传输中光闸6起到激光通断的外部控制，不处于加工状态时可对激光进行阻拦，也起到一定的保护作用，防止操作人员受到意外伤害。
扩束镜7的放大倍率从3～10倍可调，其作用是将激光光束的直径扩大并进行准直，使出射光束的平行度更佳，有利于将光束在后续的系统中进行聚焦。扩束镜的倍率与聚焦光斑的直径成反比，因此倍率可调能有效的控制聚焦光斑的直径与能量大小。
光路校准系统9用于双光路的光路校准，其原理是使激光通过处在同一轴线上相隔一定距离的两个小孔以确定其传输路径。利用光路选择系统选择一种光束(如皮秒激光)，调节第三反射镜5、扩束镜7、第四反射镜8，使激光通过校准系统；关闭激光，选择另一种光束(纳秒激光)，此时保持第三反射镜5、扩束镜7、第四反射镜8的位置不动，调节第二反射镜3，同样使激光通过校准系统，这样两路光束就可通过相同路径进入光学聚焦系统10。
第一反射镜4安装在高精度电动一维平移台12上，由软件精确控制第一反射镜4的位置。当需用皮秒激光加工时，将第一反射镜4精确移至光路中，同时开启皮秒脉冲激光器1，关闭纳秒脉冲激光器2；当需用纳秒激光加工时，将第一反射镜4移出光路，同时关闭皮秒脉冲激光器1，开启纳秒脉冲激光器2；当需用两种激光加工时，可用软件控制平台先后运行上述两种动作。
综上所述，本发明采用光脉冲长度为纳秒、皮秒的两种激光器，输出均为532nm绿色激光，光束的选择由光路选择系统控制，可仅使用一种激光器进行加工，亦可在加工过程中由两种激光器交替使用。双光路系统不仅保持了激光加工微孔的优势，而且针对不同的加工精细度和成本要求，可灵活选择加工方式：如需高精细度加工则可选择用皮秒激光加工；如精度要求不高，则可选择纳秒激光加工；如加工精细度和成本都要考虑，则可先用纳秒激光进行粗孔加工，然后再用皮秒激光进行精修。其光路结构简单，调节方便；大大提高了加工精细度，减少了成本，显著降低加工时的热效应。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.双光路绿光微孔加工装置，包括皮秒脉冲激光器、纳秒脉冲激光器、光路校准系统和光学聚焦系统，其特征在于：所述皮秒脉冲激光器的输出端布置有第一反射镜，所述纳秒脉冲激光器的输出端布置有第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜均与第三反射镜相衔接，第三反射镜的输出端设置光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端衔接有第四反射镜，第四反射镜通过光路校准系统与光学聚焦系统相衔接。
2.根据权利要求1所述的双光路绿光微孔加工装置，其特征在于：所述第一反射镜安装在电动一维平移台上。
3.根据权利要求1所述的双光路绿光微孔加工装置，其特征在于：所述皮秒脉冲激光器和纳秒脉冲激光器输出的激光均为绿色激光，波长为532nm。
4.根据权利要求1所述的双光路绿光微孔加工装置，其特征在于：所述扩束镜的放大倍率为3～10倍。
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