CN107824959B - 一种激光打孔方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种激光打孔方法及系统，包括：激光器光源，用于发射基模高斯光束；分束开关，用于控制基模高斯光束是否发生偏转，当不发生偏转时，基模高斯光束通过合束开关作用于待加工的工件；偏振光束变换单元，用于当基模高斯光束发生偏转时，将偏转后的基模高斯光束转换成环形角向偏振型的拉盖尔‑高斯光束；合束开关，用于控制环形角向偏振型的拉盖尔‑高斯光束发生偏转，使得偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔‑高斯光束与激光器光源发射基模高斯光束同轴，以使环形角向偏振型的拉盖尔‑高斯光束作用于待加工的工件。本发明可以在相同的能量输出的情况下，获得大的深宽比，小锥度的孔径。
Description
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，更具体地，涉及一种激光打孔方法及系统。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，传统的加工方法已不能满足日趋复杂的孔径加工的要求。例如在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径的微孔；在坚硬的碳化钨台金上加工直径为几十微米的小孔；在硬而脆的红、蓝宝石上加工几百微米直径的深孔等硬而脆的材质，用常规的机械加工方法是不可能的。
激光束是在空间和时间上高度集中的光子流束，应用光学聚焦技术可以将其汇聚在微米量级的极小范围内，以获得105W/cm2～1015W/cm2量级的极高的光照功率密度。这是任何其它光源所不能及的。在如此高的光功率密度照射下，几乎可对任何材料实行激光打孔。激光打孔具有：不需要加工工具、加工速度快、表面变形小、可以加工各种材料等显著的优越性，所以在工程领域受到广泛的重视。光在材料的微细加工上有着与传统加工和其它特种加工手段不可比拟的优势，激光打孔热作用区小，加工精度较高，具有广泛的通用性。但是，普通的激光打孔加工装置仍然具有终止阶段的激光功率密度下降，去除材料的快速飞溅冷却，排出不及时导致孔径的深度或者锥度无法继续做到更好，孔壁的光洁度较差，孔的圆整度不好，特别是在孔壁上产生再铸层，甚至会导致孔径堵塞等现象，影响孔的精度。
因此，如何提高所加工孔径的孔壁质量，增大深径比，进一步减小锥度，是激光孔径加工行业亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合式激光打孔方法及系统，旨在解决现有激光打孔加工装置加工的孔径的深度或者锥度无法继续做到更好，孔壁的光洁度较差，孔的圆整度不好，特别是在孔壁上产生再铸层，甚至会导致孔径堵塞等现象，影响孔的精度的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种激光打孔系统，包括：激光器光源、分束开关、偏振光束变换单元以及合束开关；
激光器光源，用于发射基模高斯光束；分束开关，用于控制基模高斯光束是否发生偏转，当不发生偏转时，基模高斯光束通过合束开关作用于待加工的工件；偏振光束变换单元，用于当基模高斯光束发生偏转时，将偏转后的基模高斯光束转换成环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束；合束开关，用于当分束开关控制基模高斯光束发生偏转时，控制环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束发生偏转，使得偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束与激光器光源发射基模高斯光束同轴，以使环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束作用于待加工的工件。
其中，基模高斯光束为高斯分布的光束，其仅有一个主峰，用基模高斯光束加工工件主要目的为材料烧蚀形成孔径，完成初步的加工。熔化飞溅的剩余材料可能会因排出不及时，以及高斯光束边缘能量降低等原因造成剩余材料又冷却附着在孔壁，导致孔壁的光洁度不好、易形成裂纹等问题。而光场分布为环形的角向偏振型的拉盖尔-高斯光束其截面有两个主峰，且这两个主峰相对基模高斯光束的主峰位置对称分布，因此，可利用环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束对已初步加工形成的孔壁进行进一步地修饰加工，达到提高孔径质量的目的。
本发明提供的激光打孔系统，可以通过控制基模高斯光束是否发生偏转，以控制基模高斯光束和环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束分别加工工件孔径的中间位置和孔壁位置，以提高加工工件的光洁度与质量，加工出高质量的孔。
具体地，偏振光束变换单元可以为偏振转换器(polarization converter，PC)、亚波长光栅、组合波片或螺旋相位板等能够将输入基模高斯光束转换成环形角向偏振型光束的器件。
可选地，该系统还包括：轴锥棱镜；轴锥棱镜位于偏振光束变换单元和合束开关之间，用于将环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束转换成环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束，使其具有近无衍射传输的特性；合束开关，用于使环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束作用于待加工的工件。
本发明利用轴锥棱镜将环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束转换成环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束，使其具有近无衍射传输的特性，可以提高加工工件的加工深度，以辅助孔径底部的继续加工以及多余材料的排出，从而实现加工大深径比，小锥度以及高的孔壁光洁度质量的孔。
可选地，该系统还包括：第一反射镜和第二反射镜；第一反射镜和第二反射镜分别与激光器光源发射的基模高斯光束呈135度角和45度角，第一反射镜和第二反射镜垂直；当基模高斯光束发生偏转时，通过控制分束开关使基模高斯光束偏转90度，使其入射到与其成45度角的第一反射镜上；第一反射镜用于偏转后的基模高斯光束反射至偏振光束变换单元，第一反射镜反射后的光束与激光器光源发射的基模高斯光束的方向平行；第二反射镜与轴锥棱镜转换得到的环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束呈45度角，用于将高阶贝塞尔光束反射至合束开关；通过控制合束开关使高阶贝塞尔光束偏转90度，使得偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束与激光器光源发射基模高斯光束同轴。
可选地，该系统还包括：第一准直调焦单元和第二准直调焦单元；第一准直调焦单元位于未发生偏转的基模高斯光束所在光路，其位于分束开关和合束开关之间，用于对该光路中的光束进行准直扩束与焦距调节；第二准直调焦单元位于发生偏转的基模高斯光束所在光路，其位于轴锥棱镜和第二反射镜之间，用于对该光路中的光束进行准直扩束与焦距调节。
可选地，该系统还包括：输出聚焦单元；输出聚焦单元位于合束开关和待加工的工件之间，用于对合束开关输出的光束聚焦并调整光束的焦点在待加工工件的位置，使得加工效果最佳。
可选地，通过控制分束开关和合束开关实现基模高斯光束和环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束两种类型光束切换作用于待加工工件。
第二方面，本发明提供一种激光打孔方法，包括：
发射基模高斯光束；控制基模高斯光束是否发生偏转，当不发生偏转时，基模高斯光束作用于待加工的工件；当基模高斯光束发生偏转时，将偏转后的基模高斯光束转换成环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束；当基模高斯光束发生偏转时，控制环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束发生偏转，使得偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束与未偏转的基模高斯光束同轴，以使环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束作用于待加工的工件。
可选地，该方法还包括：将环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束转换成环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束，使其具有近无衍射传输的特性；环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束作用于待加工的工件。
可选地，对待加工工件进行加工的输出加工光束包括基模高斯光束或环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束；该方法还包括：对输出加工光束聚焦并调整光束的焦点在待加工工件的位置，使得加工效果最佳。
可选地，通过控制基模高斯光束是否发生偏转，以实现基模高斯光束和环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束两种类型光束切换作用于待加工工件。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明提供的激光打孔系统无需改动光源装置，通过加装两种不同类型光束的转换外光路系统即可实现同时利用基模光束与环形角向偏振光束在打孔加工中各自的优点，不改变激光器内部结构，安装方便简单，适用范围广泛。
2、本发明提供的激光打孔系统可根据所加工材料的具体实际情况，通过分束开关和合束开关独立控制两种光束中每种光束的作用时间，使其综合的作用效果达到最优。
3、环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束本身具有无衍射传输的特性，可在自由空间中长距离传输而不至发散，可以提高输出镜与加工材料的距离，有效的防止飞溅的材料沾染到镜头而造成的影响。
4、本发明整体结构较为简单，除偏振光束变换单元外，其他都为较常见光学元件，加工生产方便简单。
5、本发明兼具了普通基模光束激光打孔加工的快速、矢量偏振光束能量吸收率高与环形光束修饰孔径孔壁边缘的特点，能够提高所加工孔径的质量与作业效率，本发明可以在相同的能量输出的情况下，获得大的深宽比，小锥度的孔径。
附图说明
图1为本发明提供的激光打孔系统整体结构框架图；
图2为本发明提供的激光打孔系统光束变换部分光路图；
图3为偏振转换器结构分解结构示意图；
图4为基模高斯光束经过光束变换系统各部分后的波形示意图；
图5为环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束在不同传输距离时的光场分布截面仿真图，图5(a)为传输距离在200mm-800mm变化时高阶贝塞尔光束的光场分布截面仿真图，图5(b)为传输距离在800mm-1400mm变化时高阶贝塞尔光束的光场分布截面仿真图；
图6为本发明提供的激光打孔方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提出了一种激光打孔方法及系统，旨在解决现有激光打孔装置孔径孔壁的光洁度较差，孔的圆整度不好，孔壁上产生再铸层，深径比有限等技术问题。
可以理解的是，由于本发明提供的激光打孔方法及系统是基于基模光束与环形角向偏振光束相结合，因此，又可称为复合式激光打孔方法及系统。
本发明提供的复合式激光打孔系统，这种激光打孔加工系统可以在相同的能量输出的情况下，获得大的深宽比，小锥度的孔径。同时大大提高孔径的质量(孔径内壁的粗糙度，裂纹情况等)。
图1为本发明提供的激光打孔系统整体结构框架图，如图1所示，包括：激光器光源、分束开关、第一准直调焦单元、合束开关、输出聚焦单元、偏振光束变换单元以及第二准直调焦单元。
激光器光源，用于发射基模高斯光束；分束开关，用于控制基模高斯光束是否发生偏转，当不发生偏转时，基模高斯光束通过合束开关作用于待加工的工件；偏振光束变换单元，用于当基模高斯光束发生偏转时，将偏转后的基模高斯光束转换成环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束；合束开关，用于当分束开关控制基模高斯光束发生偏转时，控制环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束发生偏转，使得偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束与激光器光源发射基模高斯光束同轴，以使环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束作用于待加工的工件。
偏振光束变换单元还包括轴锥棱镜；轴锥棱镜位于偏振光束变换单元和合束开关之间，用于将环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束转换成环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束，使其具有近无衍射传输的特性；合束开关，用于使环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束作用于待加工的工件。
第一准直调焦单元位于未发生偏转的基模高斯光束所在光路，其位于分束开关和合束开关之间，用于对该光路中的光束进行准直扩束与焦距调节；
第二准直调焦单元位于发生偏转的基模高斯光束所在光路，用于对该光路中的光束进行准直扩束与焦距调节。
输出聚焦单元位于合束开关和待加工的工件之间，用于对合束开关输出的光束聚焦并调整光束的焦点在待加工工件的位置，使得加工效果最佳。
通过控制分束开关和合束开关实现基模高斯光束和环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束两种类型光束切换作用于待加工工件。
在一个具体的示例中，激光器光源可选用脉冲固体激光器，如钕玻璃(Nd3+—硅酸盐玻璃)激光器或者钇铝石榴石(Nd-YAG晶体)激光器，重复频率高，光束质量好。
分束开关，使用电光调制晶体或者电控振镜，或者能够实现激光分束的任意装置，用于将从光源发射出的光束分束到两个不同的光路中，以通过不同的光学器件产生不同类型的光束。
偏振光束变换单元主要由偏振转换器(PC)和轴锥棱镜组成。激光器发射基模高斯光束，经过径向偏振转换器后，将基模高斯光束转换成环形角向偏振的拉盖尔-高斯光束，再经过轴棱锥镜后被转换成所需要的近无衍射传输的高阶贝塞尔型环形角向偏振光束。
第一准直调焦单元和第二准直调焦单元分别对基模高斯光束和环形角向偏振光束进行准直、扩束及焦距的调节。
合束开关，使用电光调制晶体或者电控振镜，或者能够实现激光合束的任意装置，用于将从不同光路入射的光束合束到输出镜。
聚焦单元，聚焦并调整光束的焦点在加工工件的位置，使得作用效果最佳。
激光打孔加工的前提是激光为被加工材料收并转化为热能。在不同的功率密度等条件下，材料表面区域发生各种不同的变化。这些变化包括温度升高、熔化、汽化、形成小孔和等离子体云等。配合辅助气体吹除多于材料即实现打孔加工。
本发明的目的是实现普通的基模高斯光束与环形角向偏振光束的结合，协同进行孔径加工作业。本发明兼具了普通基模光束激光打孔加工的快速、矢量偏振光束能量吸收率高与环形光束修饰孔径孔壁边缘的特点，能够提高所加工孔径的质量与作业效率。可根据实际情况，动态地调整两种光束状态的工作时间与频率，如加工初始阶段可以以基模高斯光束为主，当已形成一定孔径时交替使用两种光束，利用基模高斯光束继续打孔，结合环形角向光束加工已形成的孔壁，并配合加压气体将废料从孔径中间吹除。本发明可以在相同的能量输出的情况下，获得大的深宽比，小锥度的孔径。因为当小锥度的孔径的深度继续增加时，传统的基模高斯光束随着传输距离的增大而导致光束产生一定的发散，很难保证底部的孔径质量，并且熔化的多余材料也很容易冷凝在孔壁上，结合环形角向光束的无衍射传输以及其光场分布的优势就能够很好的解决这个问题。
进一步的，基模高斯光束主要用于工作物质表面孔的初步作用，使工件表面或加工过程中孔径的底部的材料熔化，汽化，形成等离子体，增强材料对激光的吸收，是打孔加工的主要过程，现有的激光打孔加工技术也仅限于此。
进一步的，在基模高斯光束加工的间隙通过加入环形角向偏振光，是本发明最核心的部分。轴对称偏振光束是其中一种特殊的非均匀偏振结构，径向偏振与角向偏振是轴对称偏振的两个典型偏振态，角向偏振光束具有轴对称的电场矢量结构和中空的环状强度分布，它经高数值孔径透镜聚焦后能够产生强度更大的电场纵向分量，现有研究发现，在相同的条件下，矢量偏振光束比普通的圆偏振光束能够实现更高的能量吸收效率，因此非常有利于激光加工。同时，角向偏振光束的环形模场远场分布亦可对已加工孔径部分的孔壁边缘进行附加处理，提高光洁度与质量，同时辅助孔径底部的继续加工以及多于材料的排出，从而实现加工大深径比，小锥度以及高的孔壁光洁度质量的孔。
进一步的，为实现加工过程中两种光束类型的高速变换，在分束与合束开关部分使用高速电光开关或者高速扫描振镜，可以实现千赫兹级的转换频率与毫秒级的响应速度。
图2为本发明提供的激光打孔系统光束变换部分光路图，如图2所示，该光路包括：分束开关1、第一准直调焦单元2、合束开关3、输出聚焦单元4、第一反射镜5、偏振光束变换单元6、轴锥棱镜7、第二准直调焦单元8以及第二反射镜9。与现有技术相比，主要的区别在于产生环形角向偏振光束的光路部分设计，下面予以具体说明。
在基模高斯光束工作模式下，光路由分束开关1、第一准直调焦单元2、合束开关3、输出聚焦单元(聚焦镜)4组成。
在该工作模式下：由激光源发出的基模高斯光束首先经过分束开关1，此时控制分束开关1使光束不发生偏转，再依次通过第一准直调焦单元2和合束开关3，此时控制合束开关3使光束不发生偏转，基模高斯光束通过输出聚焦单元4最终作用于待加工的工件。
在环形角向偏振光的工作模式下，光路由分束开关1、第一反射镜5、偏振光束变换单元6、轴锥棱镜7、第二准直调焦单元8、第二反射镜9、合束开关3、输出聚焦单元4组成。
在该工作模式下：由激光源发出的光首先经过分束开关1，此时控制分束开关使光束偏转90°，使其入射到与光路成45°角第一反射镜5上，第一反射镜5将光束发射至环形角向偏振光产生光路上，光束依次垂直入射并通过偏振光束变换单元6、轴锥棱镜7以及第二准直调焦单元8，光束从基模高斯型被该光路上的器件转换成无衍射传输的环形角向偏振光束，再入射到与光路成45°放置的第二反射镜9上。第二反射镜9将环形角向偏振光束反射至合束开关3，此时通过控制合束开关3使光束偏转90°，与之前的基模高斯光束的光路同轴，并最终垂直通过输出聚焦单元号4作用于待加工的工件。分束开关1与合束开关3通过电控信号同时工作偏转光路，以满足环形角向偏振光束与基模高斯光束光路的同轴输出。
具体地，如图2所示，第一准直调焦单元2和第二准直调焦单元8均可由一组(两片)可变焦凸透镜组构成。
本发明中的偏振转换器PC(polarization converter)如图3所示，其结构为一系列沿径向(radius)同传输轴(concentric transmission axis)分布的环形线型偏振片，基模高斯光束通过后会沿着其环状偏振片的方向形成角向偏振。圆心处会形成一个角向分布的奇点，因此转换后的光束中心为极小值，形成环形分布。其作用是将入射进来的基模高斯光束转换成主峰为环形的角向偏振光。该部分可以通过多种方式完成，如使用亚波长光栅，组合波片，螺旋相位板等。但是由于上述装置结构复杂而且产生的偏振光质量有待进一步讨论，因此选择该结构的偏振转换器。基模高斯光束通过该结构前、后的波形如图4所示，基模高斯光束先经过由凸透镜L1与L2组成的准直系统，波形为单主峰的基模高斯光束，再通过PC后该基模高斯光束被转换成主峰为环形(截面体现为对称的两个主峰)的拉盖尔—高斯光束。
本发明中所使用的环形角向偏振光束场分布可以表示为：
其中A为振幅，w为在z＝0时的光束半径。r为光场的径向半径，z为传播方向的位置坐标，角向偏振光的无衍射传输可以通过轴锥棱镜来实现。轴锥棱镜的传输函数可以表示为：
其中n为轴锥棱镜的折射率，γ为轴锥棱镜的锥顶角，R为角锥棱镜的半径，k＝2π/λ为波数。
在笛卡尔坐标系中，角向与径向的光可以描述为：
其中，为x方向单位坐标向量，/>为y方向单位坐标向量，/>为径向单位坐标向量，/>为角向单位坐标向量，/>为方位角，再根据柯林斯公式，y方向的角向偏振光通过轴锥棱镜后在自由空间传输可以表示为：
其中，Ey(ρ,θ,z)为y方向上的光场分布，λ为波长，ρ为在极坐标下的极径，θ为在极坐标下的极角，z为传播方向的位置坐标，k为波数，为方位角，w为在z＝0时的光束半径，r为光场的径向半径，n为轴锥棱镜的折射率，γ为轴锥棱镜的锥顶角。
再经过一系列的简化，y方向的光场可以被描述为：
其中，Ey(ρ,z)为y方向上的光场分布，J1为第一类一阶贝塞尔函数，λ为波长，ρ为在极坐标下的极径，θ为在极坐标下的极角，z为传播方向的位置坐标，k为波数，为方位角，w为在z＝0时的光束半径，r为光场的径向半径，n为轴锥棱镜的折射率，γ为轴锥棱镜的锥顶角。x方向原理相同，不做赘述。
图5为该环形角向偏振光束经过不同z向距离后的模场分布情况仿真。图5(a)为传输距离在200mm-800mm变化时高阶贝塞尔光束的光场分布截面仿真图，图5(b)为传输距离在800mm-1400mm变化时高阶贝塞尔光束的光场分布截面仿真图。其中，结合图5(a)和图5(b)可以看到，该光场为环形分布，其截面为对称的双峰，配合之前的准直调焦单元，可匹配所加工的孔径的尺寸，使其峰值能量正好能够作用于孔壁之上，起到修饰孔壁，提高孔径光洁度的作用。在经过比较长的一段距离(1400mm)之后，环形角向偏振光束的模场分布依然保持着初始状态，其传输过程基本不受到衍射发散的影响，因此非常适合于大深径比，无锥度的孔径的加工。
图6为本发明提供的激光打孔方法流程示意图，如图6所示，包括：步骤S101-步骤S104。
S101，发射基模高斯光束。
S102，控制基模高斯光束是否发生偏转，当不发生偏转时，基模高斯光束作用于待加工的工件。
S103，当基模高斯光束发生偏转时，将偏转后的基模高斯光束转换成环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束。
S104，当基模高斯光束发生偏转时，控制环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束发生偏转，使得偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束与未偏转的基模高斯光束同轴，以使环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束作用于待加工的工件。
可选地，还可先将环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束转换成环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束，使其具有近无衍射传输的特性；然后再将环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束作用于待加工的工件。
可选地，对待加工工件进行加工的输出加工光束包括基模高斯光束或环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束；对输出加工光束聚焦并调整光束的焦点在待加工工件的位置，使得加工效果最佳。
可选地，通过控制基模高斯光束是否发生偏转，以实现基模高斯光束和环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束两种类型光束切换作用于待加工工件。
具体地，上述方法还可包括更多或更少的步骤，具体可参见上述系统实施例的介绍，在此不做赘述。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光打孔系统，其特征在于，包括：激光器光源、分束开关、偏振光束变换单元以及合束开关；
所述激光器光源，用于发射基模高斯光束；
所述分束开关，用于控制所述基模高斯光束是否发生偏转，当不发生偏转时，所述基模高斯光束通过所述合束开关作用于待加工的工件；
所述偏振光束变换单元，用于当所述基模高斯光束发生偏转时，将偏转后的基模高斯光束转换成环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束；
所述合束开关，用于当所述分束开关控制所述基模高斯光束发生偏转时，控制所述环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束发生偏转，使得所述偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束与激光器光源发射基模高斯光束同轴，以使所述环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束作用于待加工的工件。
2.根据权利要求1所述的激光打孔系统，其特征在于，还包括：轴锥棱镜；
所述轴锥棱镜位于所述偏振光束变换单元和所述合束开关之间，用于将环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束转换成环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束，使其具有近无衍射传输的特性；
所述合束开关，用于使所述环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束作用于待加工的工件。
3.根据权利要求2所述的激光打孔系统，其特征在于，还包括：第一反射镜和第二反射镜；
所述第一反射镜和第二反射镜分别与所述激光器光源发射的基模高斯光束呈135度角和45度角，所述第一反射镜和所述第二反射镜垂直；
当所述基模高斯光束发生偏转时，通过控制所述分束开关使基模高斯光束偏转90度，使其入射到与其成45度角的第一反射镜上；
所述第一反射镜用于偏转后的基模高斯光束反射至所述偏振光束变换单元，所述第一反射镜反射后的光束与所述激光器光源发射的基模高斯光束的方向平行；
所述第二反射镜与所述轴锥棱镜转换得到的环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束呈45度角，用于将所述高阶贝塞尔光束反射至所述合束开关；
通过控制所述合束开关使所述高阶贝塞尔光束偏转90度，使得所述偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束与激光器光源发射基模高斯光束同轴。
4.根据权利要求3所述的激光打孔系统，其特征在于，还包括：第一准直调焦单元和第二准直调焦单元；
所述第一准直调焦单元位于未发生偏转的基模高斯光束所在光路，其位于分束开关和合束开关之间，用于对该光路中的光束进行准直扩束与焦距调节；
所述第二准直调焦单元位于发生偏转的基模高斯光束所在光路，其位于轴锥棱镜和第二反射镜之间，用于该光路中的光束进行准直扩束与焦距调节。
5.根据权利要求1至4任一项所述的激光打孔系统，其特征在于，还包括：输出聚焦单元；
所述输出聚焦单元位于合束开关和待加工的工件之间，用于对所述合束开关输出的光束聚焦并调整光束的焦点在待加工工件的位置，使得加工效果最佳。
6.根据权利要求5所述的激光打孔系统，其特征在于，通过控制所述分束开关和合束开关实现基模高斯光束和环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束两种类型光束切换作用于所述待加工工件。
7.一种激光打孔方法，其特征在于，包括：
发射基模高斯光束；
控制所述基模高斯光束是否发生偏转，当不发生偏转时，所述基模高斯光束作用于待加工的工件；
当所述基模高斯光束发生偏转时，将偏转后的基模高斯光束转换成环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束；
当所述基模高斯光束发生偏转时，控制所述环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束发生偏转，使得所述偏转后的环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束与未偏转的基模高斯光束同轴，以使所述环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束作用于待加工的工件。
8.根据权利要求7所述的激光打孔方法，其特征在于，还包括：
将环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束转换成环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束，使其具有近无衍射传输的特性；
所述环形角向偏振型的高阶贝塞尔光束作用于待加工的工件。
9.根据权利要求7或8所述的激光打孔方法，其特征在于，对待加工工件进行加工的输出加工光束包括基模高斯光束或环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束；
所述方法还包括：
对所述输出加工光束聚焦并调整光束的焦点在待加工工件的位置，使得加工效果最佳。
10.根据权利要求9所述的激光打孔方法，其特征在于，通过控制所述基模高斯光束是否发生偏转，以实现基模高斯光束和环形角向偏振型的拉盖尔-高斯光束两种类型光束切换作用于所述待加工工件。
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