CN110181179A - 激光切割设备及激光切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光切割设备及激光切割方法。激光切割设备包括扩束元件，设置有多个透镜组，所述多个透镜组的光轴均处于同一直线上，每个所述透镜组包括至少一个透镜，所述扩束元件将入射光束转化为第一光束；分光元件，第一光束设置于所述扩束元件的出光光路上，所述分光元件将所述第一光束转化为多束相互间隔的第二光束。在所述激光切割设备中，通过设置所述分光元件以将所述第一光束转化为多束所述第二光束，从而起到调节光束的效果。在进行激光切割时，多束所述第二光束能够形成数量相同的多个焦点以对加工材料进行切割，从而能够在加工材料内部一次性形成多层改质层，提高切割效率。

Description

激光切割设备及激光切割方法
技术领域
本发明涉及激光切割领域，特别是涉及一种激光切割设备及激光切割方法。
背景技术
一般的激光切割技术中，常将激光束会聚成一个焦点以切割晶圆等材料，这种切割方式一般需要将激光束会聚于加工材料的某一深度位置上进行切割。由于光束会聚点处的能量较高，从而，当焦点在该深度位置上移动时，能够在移动路径上形成改质层。随后，通过在加工材料内部形成多层改质层，加工材料能够沿着这些改质层被轻易劈开。但这种单焦点切割方式在对加工材料某一深度位置完成切割后，还要再改变焦点于材料内部的深度以再次切割，在多个深度位置上形成改质层后才使得加工材料容易被劈开，十分影响切割效率。
发明内容
基于此，有必要针对如何提高激光切割效率的问题，提供一种激光切割设备及激光切割方法。
一种激光切割设备，包括：
扩束元件，设置有多个透镜组，所述多个透镜组的光轴均处于同一直线上，每个所述透镜组包括至少一个透镜，所述扩束元件将入射光束转化为第一光束；
分光元件，设置于所述扩束元件的出光光路上，所述分光元件将所述第一光束转化为多束呈环形且相互间隔的第二光束。
在所述激光切割设备中，通过设置所述分光元件以将所述第一光束转化为多束所述第二光束，从而起到调节光束的效果。在进行激光切割时，多束所述第二光束能够形成数量相同的多个焦点以对加工材料进行切割，从而能够在加工材料内部一次性形成多层改质层，提高切割效率。
在其中一个实施例中，所述扩束元件能够调节所述第一光束的光斑面积，所述第二光束的数量与所述第一光束的光斑面积呈正相关关系。
在所述激光切割设备中，通过调节所述扩束元件可调节所述第一光束的光斑面积，进而调节所述第二光束的数量。当增大所述第一光束的光斑面积时，所述第二光束的数量增加；当减小所述第一光束的光斑面积时，所述第二光束的数量增少。在应用于激光切割设备中时，可通过调节所述扩束元件以调节最终形成的焦点数量。
在其中一个实施例中，所述多个透镜组包括至少两个活动透镜组，所述活动透镜组能够沿所述扩束元件的光轴方向移动。通过改变所述透镜组之间的距离，以起到改变光束光斑大小的效果，同时，使由所述扩束元件出射的光束以平行于所述扩束元件的光轴出射。
在其中一个实施例中，所述扩束元件靠近所述分光元件的一侧为像侧，所述扩束元件远离所述分光元件的一侧为物侧，最靠近像侧的所述透镜组依次为第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组均为活动透镜组，所述活动透镜组能够沿所述扩束元件的光轴方向移动；其中
所述第一透镜组和所述第二透镜组均提供正屈折力，所述第一透镜组于物侧的焦点与所述第二透镜组于像侧的光束会聚点重合；或者
所述第一透镜组提供负屈折力，所述第二透镜组提供正屈折力，所述第一透镜组于像侧的虚焦点与所述第二透镜组于像侧的光束会聚点重合。满足上述设置时，由所述第二透镜组出射的光束在经过所述第一透镜组后可转化为平行光束。
在其中一个实施例中，还包括皮秒激光器，所述皮秒激光器发出的光束依次经过所述扩束元件及所述分光元件，所述皮秒激光器的输出功率为10W，脉宽为2ps-6ps，波长为1040nm。通过设置所述皮秒激光器，所述激光切割设备能够高效地切割MINI LED芯片。
在其中一个实施例中，所述激光切割设备还包括聚焦镜头，所述聚焦镜头设置于所述分光元件的出光光路上，所述聚焦镜头将多束所述第二光束聚焦形成数量相同的多个焦点，多个焦点于所述聚焦镜头的光轴上间隔排布，相邻所述焦点于空气中的间距小于等于20μm。通过设置所述聚焦镜头以聚焦第二光束，从而能够对加工材料进行多焦点切割，且焦点间距满足上述关系时将有利于对较薄的加工材料进行切割。
在其中一个实施例中，所述分光元件与所述聚焦镜头之间还依次设置有用于消除像差的第一透镜和第二透镜，其中，所述分光元件设置于所述第一透镜的物方焦面，所述第二透镜的物方焦点与所述第一透镜的像方焦点重合，所述聚焦镜头设置于所述第二透镜的像方焦面。通过设置所述第一透镜和所述第二透镜以消除由所述分光元件出射的光束的像差。
一种激光切割方法，激光器所发出的激光束的光斑被扩束元件调节成合适的大小，以使调节后的激光束能够完整通过分光元件；
调节后的激光束经过分光元件后形成多束环形光束；
多束环形光束通过聚焦镜头，并于聚焦镜头的光轴上形成间隔排布的多个焦点，焦点的数量大于等于两个，相邻焦点于空气中的间距小于等于20μm；
将通过聚焦镜头形成的多个焦点分布于加工材料内部，多个焦点能够于加工材料内部形成多层改质层。满足上述焦点数量以及焦点间距的范围时，激光切割方法能够较好地针对MINI LED等厚度较小的材料进行切割。
在其中一个实施例中，由分光元件出射的环形光束还将经过第一透镜，第一透镜将环形光束调节成会聚光束；
会聚光束被第二反射镜反射至第二透镜，第二透镜将会聚光束重新调节成多束环形光束，其中，分光元件设置于第一透镜的物方焦面，第二透镜的物方焦面与第一透镜的像方焦面重合，聚焦镜头设置于第二透镜的像方焦面；
经第二透镜重新调节形成的多束环形光束随后被第三反射镜反射至聚焦镜头。第一透镜和第二透镜能够作为光学4F系统，以消除由分光元件出射的光束的像差，增加经过聚焦镜头所形成的焦点质量，提升切割精确度。
在其中一个实施例中，环形光束的数量与入射至分光元件的激光束的光斑大小呈正相关关系，焦点的数量与环形光束的数量相同，调节扩束元件以获得所需数量的焦点。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的激光切割设备的示意图；
图2为本申请一实施例提供的激光切割设备中的扩束元件及分光元件的示意图；
图3为本申请一实施例提供的激光切割设备中的透镜组的配合示意图；
图4为本申请一实施例提供的激光切割设备中的分光元件的光路调节示意图；
图5为本申请另一实施例提供的激光切割设备中的分光元件的光路调节示意图；
图6为本申请一实施例提供的激光切割设备的应用场景示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个原件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个原件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一原件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1，为提高激光切割的效率，本申请中的激光切割设备10设置有光学装置100，光学装置100包括扩束元件110及分光元件120，其中，分光元件120设置于扩束元件110的出光光路上，激光光束依次经过扩束元件110及分光元件120。扩束元件110扩束元件110能够调节入射光束的光斑大小以形成第一光束。优选地，经调节光斑大小后的第一光束能够完整通过分光元件120，即第一光束不会被夹持分光元件120的固定件所遮挡。随后，第一光束经分光元件120调节后转化为多束(至少两束)呈环形且相互间隔的第二光束。优选地，第一光束为平行光束。且需要注意的是，上述相互间隔的定义应理解为由分光元件120出射时的多束第二光束之间存在间隔，并不限定于第二光束在传播时一直保持相互间隔。
具体地，参考图2，扩束元件110包括多个(至少两个)透镜组112，每个透镜组112中设置有至少一个透镜1120。通过设置分光元件120以将扩束元件110的出射光束(第一光束1101)转化为多束第二光束1201，从而起到调节光束整形的效果。在应用于激光切割设备中时，多束第二光束1201能够形成数量相同的多个(至少两个)焦点以对加工材料进行切割，从而能够在加工材料内部一次性形成多层改质层，提高切割效率。
另外，对于一般的激光多焦点切割技术而言，在切割厚度较小的加工材料时，需要更换光学衍射元件以减少环形光束的数量，进而减少焦点数量，以此使激光光束所形成的焦点能够均位于加工材料内；在切割厚度较大的加工材料时，需要增加环形光束的数量以增加焦点数量，使激光光束所形成的焦点均位于加工材料内的同时，增加在加工材料内部形成改质层。但通过更换光学衍射元件以改变光束焦点数量的方式过于低效，且更换后的衍射光学元件存在自身中心难以对齐入射光束的光轴的问题，从而影响出射光束的对称性，最终使切割材料时所会聚的光束难以会聚于一点，影响切割效果。
为避免更换衍射光学元件，同时使激光光束所形成焦点数量可被直接且简易地调节，在一些实施例中，激光切割设备中的光学装置100可调节第二光束1201的数量。
参考图2所示，在一些实施例中，扩束元件110能够调节光束的光斑大小，使出射光束(第一光束1101)的光斑面积大于或小于入射光束的光斑的面积。优选地，第一光束1101平行于扩束元件110的光轴A传播。在一些实施例中，扩束元件110具有2倍至8倍的放大倍率。
在一些实施例中，扩束元件110还包括壳体111，透镜组112设置于壳体111内部，壳体111上开设有相对设置的入光口1111及出光口1112，入光口1111和出光口1112的中心与光轴A均处于同一直线上。光束能够从入光口1111进入壳体111内部，经多个透镜组112调节后从出光口1112出射，并形成第一光束1101。
分光元件120可将入射光束(第一光束1101)转化为多束第二光束1201，且相邻的第二光束1201从分光元件120出射时存在间隔。另外，第二光束1201的数量取决于第一光束1101的光斑面积大小，具体地，第二光束1201的数量与第一光束1101的光斑面积呈正相关关系。优选地，第一光束1101的光斑直径约为10mm。
在一些实施例中，至少一个透镜组112为固定透镜组，固定透镜组中设置有至少一个透镜，固定透镜组与壳体111相对固定，即，固定透镜组中的各个透镜1120在壳体111的光轴方向上的位置保持固定。固定透镜组可通过固定件与壳体111连接，或直接被夹持于壳体111中。优选地，扩束元件110远离分光元件120的一侧为物侧，最靠近物侧的透镜组112为固定透镜组，固定透镜组于扩束元件110中的位置相对固定，最靠近物侧的透镜组112能够将入射光束发散并传递至相邻的透镜组112中。发散光束的光斑面积增大，从而有利于相邻的透镜组112对该发散光束进行调节，充分利用相邻透镜组112中的透镜1120的边缘区域进行折射。
在一些实施例中，扩束元件110中的至少两个透镜组112为活动透镜组，每个活动透镜组中设置有至少一个透镜1120。具体地，活动透镜组包括驱动件1121，在同一活动透镜组中，驱动件1121能够带动活动透镜组中的透镜1120沿光轴A相对壳体111往返移动。驱动件1121可以为音圈马达或手动调节件。其中，手动调节件可以为滑块与滑槽配合的滑动结构，如在壳体111上设置滑槽，滑块穿设于滑槽，滑块的一侧连接透镜1120，另一侧则伸出壳体111，可滑动伸出壳体111的滑块部分以带动活动透镜组中的透镜移动。手动调节件也可以为旋钮结构，旋钮呈环形结构，旋钮的外侧面伸出壳体111，旋钮的内侧面与活动透镜组中的透镜1120转动连接，通过转动旋钮的外侧面可带动活动透镜组中的透镜1120沿光轴A方向移动。
设置至少两个活动透镜组后，活动透镜组之间的相对距离能够得到调节，从而，可通过一部分活动透镜组调节壳体111内的光束的发散角或会聚角，随后，再通过调节另一部分活动透镜组以对上述具有特定发散角或会聚焦的光束进行准直，并同时得到相应光斑大小的出射光束(第一光束1101)。
参考图2，优选地，壳体111内部设置有三个透镜组112，其中两个靠近出光口1112的透镜组112为活动透镜组，一个靠近入光口1111的透镜组112为固定透镜组。
具体参考图3所示，扩束元件110中设置有三个透镜组112，其中，由像侧至物侧依次为提供正屈折力的第一活动透镜组L1、提供正屈折力的第二活动透镜组L2以及提供负屈折力第三固定透镜组L3。第三固定透镜组L3能够将入射光进行发散，增大光束照射到第二活动透镜组L2上的面积，从而便于第二活动透镜组L2对光束进行调节。同时，保持第一活动透镜组L1于物侧的焦点与第二活动透镜组L2于像侧的光束会聚点重合，重合点为F，以此，由第一活动透镜组L1出射的第一光束1101将成为平行光。
具体地，当需要增大第一光束1101的光斑面积时，可驱动第二活动透镜组L2，使第二活动透镜组L2远离第三固定透镜组L3，此时，由第二活动透镜组L2出射的光束的会聚角将会增大，另外，驱动第一活动透镜组L1以使第一活动透镜组L1于物侧的焦点与光束经第二活动透镜组L2会聚后的会聚点重合于点F。通过上述调节，由第一活动透镜组L1出射的第一光束1101将平行出射且具备较大的光斑面积。
相反地，当需要减小第一光束1101的光斑面积时，可驱动第二活动透镜组L2，使第二活动透镜组L2靠近第三固定透镜组L3，此时，由第二活动透镜组L2出射的光束的会聚角将会减小，另外，驱动第一活动透镜组L1以使第一活动透镜组L1于物侧的焦点与光束经第二活动透镜组L2会聚后的会聚点重合于点F。通过上述调节，由第一活动透镜组L1出射的第一光束1101将平行出射且具备较小的光斑面积。
在另一些实施例中，第一透镜组L1也可以提供负屈折力，第二透镜组L2刻意提供正屈折力，第一透镜组L1于像侧的虚焦点与第二透镜组L2于像侧的光束会聚点重合。
需要注意的是，第三固定透镜组L3实际上也可以被替换为活动透镜组；或者，也可以不设置第三固定透镜组L3，而是只在扩束元件中设置两个活动透镜组。另外，扩束元件中也可以设置更多的活动透镜组或固定透镜组，其中，固定透镜组及活动透镜组的排列顺序在满足出射光束(第一光束1101)为平行光束的前提下可任意排列。
另外需要注意的是，单个正透镜会产生负球差，单个负透镜会产生正球差。即，当每个透镜组112分隔设置且均只有一个透镜时，光束在经过透镜组112后将无法很好地聚焦于一点，或者发散时的光束的反向延长线无法很好地重合于一点，最终导致光束在经过多个透镜组112后无法形成平行光束。为克服这一问题，在一些实施例中，将至少一个透镜组112设计成复合透镜组，且复合透镜组中至少包括一个正透镜及至少一个负透镜，从而起到校正球差的效果，使光束经复合透镜组后具有更好的会聚或发散效果，提升最终从扩束元件110出射的光束(第一光束1101)的平行度。具体地，复合透镜组中可通过设置光学胶以使透镜胶合。
在一些实施例中，分光元件120为光学衍射元件。具体地，分光元件120上设有多束同心环形带，根据环形带的透光性质可将环形带分为透光环形带和不透光环形带，相邻的环形带之间的透光性质不同，从而，入射光束经过多束透光环带后形成多束第二光束1201，此时，多束第二光束1201之间具有较高的对比度。在另一些实施例中，分光元件120被入射光束照射的区域均可透光，此时，可通过在分光元件120上设置厚度不同的区域以使入射光束经过厚度不同的区域后发生相位的差异，并通过衍射现象形成多束同心环形光束，此时，入射光束可在能量损失较小的情况下转化为多束第二光束1201。
根据上述分光元件120的结构可知，具有不同光斑面积的第一光束1101入射至分光元件120后，光束将被整形并被出射，不同光斑面积的入射光束将决定从分光元件120出射的第二光束1201的数量。
另外，参考图4，在一些实施例中，分光元件120可将第一光束1101整形为沿光轴A传播的多束环形光束。彼此之间平行传播的多束第二光束1201可在聚焦镜头的作用下分别聚焦于平行于光路传播方向的同一条直线上，从而形成多个焦点，即，多个焦点于聚焦镜头的光轴上间隔排布。采用多个激光光束焦点切割芯片可在芯片断面中一次性切割多层，可抑制芯片中晶格的斜裂，给预裂纹产生一种垂直导向力，从而达到减小斜裂度的目的。
参考图5，在另一些实施例中，分光元件120不仅可将第一光束1101整形为多束环形光束(第二光束1201)，还可将多束第二光束1201聚焦于光轴A上，从而在分光元件120的光轴上形成与第二光束1201数量相同的多个焦点。此时，可直接利用上述聚焦成多个焦点的第二光束1201切割加工材料。或者，也可以在分光元件120与加工材料之间再设置一个聚焦镜头以使从分光元件120出射的光束进一步聚焦，从而缩短焦距，节省工作空间。
参考图1所示，在一些实施例中，激光切割设备10激光切割设备10包括激光器130，激光器130所发出光束能够依次进入扩束元件110及分光元件120。激光切割设备10可用于切割以蓝宝石为衬底的晶圆片、LED芯片等，特别是可用于切割MINI LED。
优选地，激光器130为皮秒激光器，皮秒激光器的输出功率为10W，脉宽为2ps-6ps，波长为1040nm。
由于一般从激光器130出射的光束并非理想的平行光，因此，在一些实施例中，在激光器130与光学装置100之间还设置有波带片140，波带片140能够对激光器130出射的光束进行准直，将激光光束转化为较为理想的平行光后再传递至光学装置100中。
参考图4及图1，当分光元件120将第一光束1101转化为平行于光轴A传播的多束第二光束1201时，激光切割设备10还需设置一个聚焦镜头150以对多束第二光束1201聚焦，以形成与第二光束1201数量相同且于聚焦镜头150光轴上间隔排布的多个焦点，从而对加工材料进行切割。在一些实施例中，聚焦镜头150的焦距为4mm。另外，相邻焦点间于空气中的间隔距离小于等于20μm，优选为4μm-8μm。相邻焦点的间距满足上述范围时，可有利于对较薄的加工材料进行切割。
优选地，焦点的数量大于等于两个，小于等于十五个。另外，在一些实施例中，当设置有扩束元件110且需要改变焦点数量时，可直接调节扩束元件110以改变第二光束1201的数量，进而改变焦点数量。通过合理配置焦点数量以及焦点间距，激光切割设备10可较好地针对MINI LED进行切割。
一般的激光切割设备存在焦点间距过大的问题，而MINI LED芯片的厚度较小，从而导致一般的激光切割设备无法精确地对迷你LED芯片进行切割。而当满足上述激光器130的参数、焦点数量及相邻焦点间距的关系时，激光切割设备10能够高效精确地对MINI LED芯片进行切割。
参考图5，分光元件120能够将第一光束1101转化为多束第二光束1201，并将多束第二光束1201聚焦至平行于光束传播方向的同一直线上以形成数量相同且间隔排布的多个焦点，此时，可直接利用上述多束第二光束1201对加工材料进行切割，即，将多个间隔排布的焦点分布于加工材料的内部。而当需要改变焦点数量时，可直接调节扩束元件110以改变第二光束1201的数量。
参考图1，在一些实施例中，光学装置100与聚焦镜头150之间还依次设置有用于消除像差的第一透镜161和第二透镜162。第一透镜161第二透镜162第一透镜161第二透镜162分光元件120设置于第一透镜161的物方焦面，第二透镜162的物方焦点与第一透镜161的像方焦点重合，聚焦镜头150设置于第二透镜162的像方焦面。在其中一些实施例中，第一透镜161和第二透镜162均为独立的正透镜(聚焦透镜)，且焦距相同。
由于分光元件120出射的第二光束在经过一段距离后将出现较为严重的像差，导致无法精确切割加工材料，同时，一般的聚焦镜头150的入光口较小，无法完整地接收第二光束。此时，通过设置第一透镜161和第二透镜162，可较好地消除第二光束的像差，并使第二光束能够完整地通过聚焦镜头150。
结合图1和图4，当分光元件120出射的第二光束1201为平行光束时，第一透镜161能够将第二光束1201会聚，随后，第二透镜162将会聚后再次发散的第二光束1201转化为平行光束或聚焦光束并传递至聚焦镜头150中，随后，聚焦镜头150将多束第二光束1201会聚于多个焦点上。优选地，第一透镜161的物方焦距及像方焦距均为250mm，第二透镜162的物方焦距为250mm。
继续参考图1，在一些实施例中，由于激光器130和光学装置100在实际应用时的设置位置具有多样性，激光切割设备10中还设置有反射镜以调整光路走向。具体地，一些激光切割设备10还包括第一反射镜171、第二反射镜172及第三反射镜173。在一些实施例中，激光器130和光学装置100的出射光束的传播方向与最终切割材料时的光束传播方向垂直，此时，可通过设置反射镜以改变光学装置100中出射光束的传播方向。
具体地，在图1所示的实施例中，激光切割设备10设置有第一透镜161、第二透镜162、第一反射镜171、第二反射镜172及第三反射镜173。其中，第一反射镜171设置于激光器130与扩束元件110之间，以将激光器130的出射光束反射至扩束元件110中。另外，沿分光元件120的出射光路依次排列着第一透镜161、第二反射镜172、第二透镜162及第三反射镜173，第二反射镜172能够将由分光元件120的出射光路改变90°传播，第三反射镜173同样能够将第二反射镜172的反射光路改变90°传播，且分光元件120的出射光路、第二反射镜172的反射光路和第三反射镜173的反射光路之间互相垂直。经第三反射镜173反射后的光束将经过聚焦镜头150以会聚成多个焦点。优选地，第一透镜161于光路上相距分光元件120的距离为250mm，第一透镜161距第二反射镜172于光路上的距离为70mm，第二反射镜172距第二透镜162于光路上的距离为430mm。
参考图6，在一些实施例中，激光切割设备10将与一取像设备310配合工作。在切割加工材料400时，取像设备310能够获取加工材料400的表面信息，从而监测切割光束的走向是否正确。优选地，取像设备310为CCD(电荷耦合器件)。加工时，加工材料400放置于粘性膜340上，粘性膜340的边缘与铁环330连接，铁环330、粘性膜340及加工材料400均设置于透明载台320上方。粘性膜340可以由透明或半透明材料制成。经激光加工后，使用劈刀等机械手段将芯片劈开。
另外，本申请还提供一种激光切割方法以对迷你LED等厚度较小(如厚度小于100μm)的材料进行高效切割。在激光切割方法中，激光器所发出的激光束的光斑被扩束元件调节成合适的大小，以使调节后的激光束能够完整通过分光元件，经扩束元件调节后的激光束为第一光束。随后，第一光束经分光元件调节成多束相互间隔的第二光束(环形光束)，多束第二光束被聚焦镜头聚焦，以形成在聚焦镜头光轴上间隔排布的N个(至少两个)焦点。优选地，焦点数量大于等于两个，小于等于十五个。相邻焦点于空气中的间距小于等于20μm，优选的为4μm-8μm。具体地，将通过聚焦镜头形成的多个焦点分布于加工材料内部，多个焦点能够于加工材料内部形成多层改质层。满足上述焦点数量以及焦点间距的范围时，激光切割方法能够较好地针对迷你LED等厚度较小的材料进行切割。
在一些实施例中，在扩束元件的调节作用下，第一光束能够平行于扩束元件的光轴方向传播。在一些实施例中，多束第二光束也能够沿分光元件的光轴方向传播。
在一些实施例中，由分光元件出射的环形光束还将经过第一透镜，第一透镜将环形光束调节成会聚光束；会聚光束被第二反射镜反射至第二透镜，第二透镜将会聚光束重新调节成多束环形光束，其中，分光元件设置于第一透镜的物方焦面，第二透镜的物方焦面与第一透镜的像方焦面重合，聚焦镜头设置于第二透镜的像方焦面；经第二透镜重新调节形成的多束环形光束随后被第三反射镜反射至聚焦镜头。其中，第一透镜能够会聚环形光束以使环形光束转化为会聚光束，由光路的传播原理可知，会聚光束会聚后将重新放大，在重新放大后，会聚光束被第二透镜重新调节成多束环形光束，重新形成的多束环形光束的数量与通过分光镜形成的第二光束的数量相同。优选地，由第二透镜调节形成的环形光束平行于第二透镜的光轴方向出射。另外，第一透镜和第二透镜可作为光学4F系统，以消除第二光束的像差，提高经过聚焦镜头所形成的焦点质量，从而提升多焦点切割的精确度。
需要注意的是，在一些实施例中，扩束元件与分光元件配合后只能形成固定数量的第二光束。由于第二光束的数量决定了经聚焦镜头聚焦得到的焦点数量，此时，可通过更换分光元件来改变第二光束的数量，进而改变经聚焦镜头形成的焦点数量。同时，在一些实施例中，第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜可根据对实际光路走势需求(如缩小实际设备在某个方向上的尺寸)而选择取舍，并不需要激光束经过全部反射镜。例如，可以省略第一反射镜及第二反射镜，使激光器所发出的光束能够沿一个固定方向依次经过扩束元件、分光元件、第一透镜、第二透镜及第三反射镜，随后经第三反射镜反射至聚焦镜头。
在另一些实施例中，扩束元件与分光元件配合可调节第二光束的数量，从而可通过调节扩束元件以改变经聚焦镜头形成的焦点数量。具体地，环形光束的数量与入射至分光元件的第一光束的光斑大小呈正相关关系，焦点的数量与第二光束的数量相同，此时，调节扩束元件以改变第一光束的光斑大小，进而控制到达聚焦镜头的第二光束的数量，以获得所需数量的焦点以对加工材料进行切割。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光切割设备，其特征在于，包括：
扩束元件，设置有多个透镜组，所述多个透镜组的光轴均处于同一直线上，每个所述透镜组包括至少一个透镜，所述扩束元件将入射光束转化为第一光束；以及
分光元件，设置于所述扩束元件的出光光路上，所述分光元件将所述第一光束转化为多束呈环形且相互间隔的第二光束。
2.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述扩束元件能够调节所述第一光束的光斑面积，所述第二光束的数量与所述第一光束的光斑面积呈正相关关系。
3.根据权利要求2所述的激光切割设备，其特征在于，所述多个透镜组包括至少两个活动透镜组，所述活动透镜组能够沿所述扩束元件的光轴方向移动。
4.根据权利要求2所述的激光切割设备，其特征在于，所述扩束元件靠近所述分光元件的一侧为像侧，所述扩束元件远离所述分光元件的一侧为物侧，最靠近像侧的所述透镜组依次为第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组均为活动透镜组，所述活动透镜组能够沿所述扩束元件的光轴方向移动；所述第一透镜组和所述第二透镜组均提供正屈折力，所述第一透镜组于物侧的焦点与所述第二透镜组于像侧的光束会聚点重合；或者
所述第一透镜组提供负屈折力，所述第二透镜组提供正屈折力，所述第一透镜组于像侧的虚焦点与所述第二透镜组于像侧的光束会聚点重合。
5.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，还包括皮秒激光器，所述皮秒激光器发出的光束依次经过所述扩束元件及所述分光元件，所述皮秒激光器的输出功率为10W，脉宽为2ps-6ps，波长为1040nm。
6.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，还包括聚焦镜头，所述聚焦镜头设置于所述分光元件的出光光路上，所述聚焦镜头将多束所述第二光束聚焦形成数量相同的多个焦点，多个焦点于所述聚焦镜头的光轴上间隔排布，相邻所述焦点于空气中的间距小于等于20μm。
7.根据权利要求6所述的激光切割设备，其特征在于，所述分光元件与所述聚焦镜头之间还依次设置有用于消除像差的第一透镜和第二透镜，其中，所述分光元件设置于所述第一透镜的物方焦面，所述第二透镜的物方焦点与所述第一透镜的像方焦点重合，所述聚焦镜头设置于所述第二透镜的像方焦面。
8.一种激光切割方法，其特征在于，激光器所发出的激光束的光斑被扩束元件调节成合适的大小，以使调节后的激光束能够完整通过分光元件；
调节后的激光束经过分光元件后形成多束环形光束；
多束环形光束通过聚焦镜头，并于聚焦镜头的光轴上形成间隔排布的多个焦点，焦点的数量大于等于两个，相邻焦点于空气中的间距小于等于20μm；
将通过聚焦镜头形成的多个焦点分布于加工材料内部，多个焦点能够于加工材料内部形成多层改质层。
9.根据权利要求8所述的激光切割方法，其特征在于，由分光元件出射的环形光束还将经过第一透镜，第一透镜将环形光束调节成会聚光束；
会聚光束被第二反射镜反射至第二透镜，第二透镜将会聚光束重新调节成多束环形光束，其中，分光元件设置于第一透镜的物方焦面，第二透镜的物方焦面与第一透镜的像方焦面重合，聚焦镜头设置于第二透镜的像方焦面；
经第二透镜重新调节形成的多束环形光束随后被第三反射镜反射至聚焦镜头。
10.根据权利要求8所述的激光切割方法，其特征在于，环形光束的数量与入射至分光元件的激光束的光斑大小呈正相关关系，焦点的数量与环形光束的数量相同，调节扩束元件以获得所需数量的焦点。
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