CN113146072A - 镀膜脆性材料的激光加工装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镀膜脆性材料的激光加工装置及方法，激光器的输出光路上依次布置有半波片和分光立方体；分光立方体的原方向出射的P光光路布置有第一反射镜、聚焦镜、第一衍射镜、第二反射镜，第二反射镜的反射光路与偏振分光合束镜相对；分光立方体的垂直方向出射的S光光路布置有第二衍射镜，第二衍射镜的输出光路与偏振分光合束镜相对；偏振分光合束镜的输出光路布置有物镜，物镜正对于加工平台。从偏振分光合束镜出射的P光实现成丝切割，从偏振分光合束镜出射的S光实现环形光斑刻蚀；通过转动半波片可以调节P光和S光的比例，调节刻蚀和成丝切割所需的激光能量；同时进行环形光斑刻蚀和成丝切割加工，为镀膜后的脆性材料切割提供集成解决方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种镀膜脆性材料的激光加工装置及其方法。
背景技术
目前，针对各类玻璃、蓝宝石等透明脆性材料的切割，经常用到激光成丝技术，但是此切割方法要求材料透光(近红外光)性良好，当材料表面存在镀膜时，往往会影响成丝效果，导致切割不良甚至无法切割。
因此，需要研发一种融合激光刻蚀与成丝切割的技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种镀膜脆性材料的激光加工装置及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
镀膜脆性材料的激光加工装置，特点是：激光器的输出光路上依次布置有半波片和分光立方体；
分光立方体的原方向出射的P光光路布置有第一反射镜、聚焦镜、第一衍射镜、第二反射镜，第二反射镜的反射光路与偏振分光合束镜相对；
分光立方体的垂直方向出射的S光光路布置有第二衍射镜，第二衍射镜的输出光路与偏振分光合束镜相对；
偏振分光合束镜的输出光路布置有物镜，物镜正对于加工平台。
进一步地，上述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其中，半波片安装于旋转电机上。
进一步地，上述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其中，第二反射镜与偏振分光合束镜之间的光路上布置有第一光闸。
进一步地，上述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其中，第二衍射镜与偏振分光合束镜之间的光路上布置有第二光闸。
进一步地，上述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其中，所述激光器为1064nm波长、最大功率25W、脉宽小于15ps的超短脉冲固体激光器。
进一步地，上述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其中，所述偏振分光合束镜采用50％反射、50％透射的半透半反镜。
本发明镀膜脆性材料的激光加工方法，激光器发出的光束经过半波片后进入分光立方体，P光经分光立方体后从原方向出射，S光则从垂直方向出射；
从分光立方体原方向出射的光束，经第一反射镜后进入聚焦镜，聚焦后再进入第一衍射镜，再经第二反射镜后进入偏振分光合束镜；
从分光立方体垂直方向出射的光束进入第二衍射镜，继而也进入偏振分光合束镜；
从偏振分光合束镜出射的P光经过物镜实现成丝切割，从偏振分光合束镜出射的S光经过物镜实现环形光斑刻蚀。
更进一步地，上述的镀膜脆性材料的激光加工方法，其中，半波片安装在旋转电机上，驱动半波片可以以垂直其中心的轴线进行360度任意角度旋转，旋转电机带动半波片角度变化，使得出射的P光和S光的比例发生变化。
更进一步地，上述的镀膜脆性材料的激光加工方法，其中，激光器输出1064nm波长的皮秒激光。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
本发明装置结构紧凑，融合光束整形和激光成丝技术，同时实现镀膜材料刻蚀和成丝切割加工，皮秒激光经过半波片、分光立方体分成透射光P光和反射光S光，通过转动半波片可以调节P光和S光的比例，调节刻蚀和成丝切割所需的激光能量；P光经过第一反射镜、聚焦镜、第一衍射镜、第二反射镜、偏振分光合束镜、物镜实现成丝切割；S光经过第二衍射镜、偏振分光合束镜、物镜实现环形光斑刻蚀；对加工平台上材料同时进行环形光斑刻蚀和成丝切割加工，为镀膜后的脆性材料(各类玻璃、蓝宝石等)切割提供集成解决方法；
将两种激光加工工艺集成整合到一套光学系统中，在一个工站中完成两个工艺，可显著提高相关应用场景下的生产效率，缩小设备体积，降低设备成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1：本发明激光加工装置的光路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，镀膜脆性材料的激光加工装置，激光器1的输出光路上依次布置有半波片2和分光立方体3，半波片2安装于旋转电机上；
分光立方体3的原方向出射的P光光路布置有第一反射镜4、聚焦镜5、第一衍射镜6、第二反射镜7，第二反射镜7的反射光路与偏振分光合束镜9相对；第二反射镜7与偏振分光合束镜9之间的光路上布置有第一光闸；
分光立方体3的垂直方向出射的S光光路布置有第二衍射镜8，第二衍射镜8的输出光路与偏振分光合束镜9相对；第二衍射镜8与偏振分光合束镜9之间的光路上布置有第二光闸；
偏振分光合束镜9的输出光路布置有物镜10，物镜10正对于加工平台11。
激光器1为1064nm波长，最大功率25W，脉宽＜15ps的超短脉冲固体激光器，型号为Amber IR-25。
偏振分光合束镜9为将偏振方向正交的P光和S光合束成一束光的器件，可采用50％反射、50％透射的半透半反镜。
将两种激光加工工艺集成整合到一套光学系统中，在一个工站中完成两个工艺，可显著提高相关应用场景下的生产效率，缩小设备体积，降低设备成本。
具体应用时，激光器1输出1064nm波长的皮秒激光，光束经过半波片2后进入分光立方体3，半波片2安装在旋转电机上，驱动半波片2可以以垂直其中心的轴线进行360度任意角度旋转，旋转电机带动半波片2角度变化，使得出射的P光和S光的比例发生变化，P光经分光立方体3后从原方向出射，S光则从垂直方向出射；
从分光立方体3原方向出射的光束，经第一反射镜4后进入聚焦镜5，聚焦后再进入第一衍射镜6，再经第二反射镜7后进入偏振分光合束镜9；
从分光立方体3垂直方向出射的光束进入第二衍射镜8，继而也进入偏振分光合束镜9；
从偏振分光合束镜9出射的P光经过物镜10实现成丝切割，从偏振分光合束镜9出射的S光经过物镜10实现环形光斑刻蚀。
对加工平台11上材料同时进行环形光斑刻蚀和成丝切割加工，为镀膜后的脆性材料(各类玻璃、蓝宝石等)切割提供集成解决方法。
综上所述，本发明装置结构紧凑，融合光束整形和激光成丝技术，1064nm波长皮秒激光经过半波片、分光立方体分成透射光P光和反射光S光，通过转动半波片可以调节P光和S光的比例，调节刻蚀和成丝切割所需的激光能量；P光经过第一反射镜、聚焦镜、第一衍射镜、第二反射镜、偏振分光合束镜、物镜实现成丝切割；S光经过第二衍射镜、偏振分光合束镜、物镜实现环形光斑刻蚀，同时完成镀膜材料刻蚀和成丝切割加工。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (9)
1.镀膜脆性材料的激光加工装置，其特征在于：激光器(1)的输出光路上依次布置有半波片(2)和分光立方体(3)；
分光立方体(3)的原方向出射的P光光路布置有第一反射镜(4)、聚焦镜(5)、第一衍射镜(6)、第二反射镜(7)，第二反射镜(7)的反射光路与偏振分光合束镜(9)相对；
分光立方体(3)的垂直方向出射的S光光路布置有第二衍射镜(8)，第二衍射镜(8)的输出光路与偏振分光合束镜(9)相对；
偏振分光合束镜(9)的输出光路布置有物镜(10)，物镜(10)正对于加工平台(11)。
2.根据权利要求1所述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其特征在于：半波片(2)安装于旋转电机上。
3.根据权利要求1所述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其特征在于：第二反射镜(7)与偏振分光合束镜(9)之间的光路上布置有第一光闸。
4.根据权利要求1所述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其特征在于：第二衍射镜(8)与偏振分光合束镜(9)之间的光路上布置有第二光闸。
5.根据权利要求1所述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其特征在于：所述激光器(1)为1064nm波长、最大功率25W、脉宽小于15ps的超短脉冲固体激光器。
6.根据权利要求1所述的镀膜脆性材料的激光加工装置，其特征在于：所述偏振分光合束镜(9)采用50％反射、50％透射的半透半反镜。
7.镀膜脆性材料的激光加工方法，其特征在于：激光器(1)发出的光束经过半波片(2)后进入分光立方体(3)，P光经分光立方体(3)后从原方向出射，S光则从垂直方向出射；
从分光立方体(3)原方向出射的光束，经第一反射镜(4)后进入聚焦镜(5)，聚焦后再进入第一衍射镜(6)，再经第二反射镜(7)后进入偏振分光合束镜(9)；
从分光立方体(3)垂直方向出射的光束进入第二衍射镜(8)，继而也进入偏振分光合束镜(9)；
从偏振分光合束镜(9)出射的P光经过物镜(10)实现成丝切割，从偏振分光合束镜(9)出射的S光经过物镜(10)实现环形光斑刻蚀。
8.根据权利要求7所述的镀膜脆性材料的激光加工方法，其特征在于：半波片(2)安装在旋转电机上，驱动半波片(2)可以以垂直其中心的轴线进行360度任意角度旋转，旋转电机带动半波片(2)角度变化，使得出射的P光和S光的比例发生变化。
9.根据权利要求7所述的镀膜脆性材料的激光加工方法，其特征在于：激光器(1)输出1064nm波长的皮秒激光。
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