CN115041814A - 一种脆性材料的激光加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光加工技术领域，涉及一种脆性材料的激光加工装置及加工方法，用于对脆性材料的待加工工件进行加工，脆性材料的待加工工件包括层叠设置的第一层和第二层；该激光加工装置包括顺次设置的激光器、分光件和贝塞尔光束发生组件；激光器用于射出高斯光束；分光件用于对从激光器射出的高斯光束进行分束，得到沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束；贝塞尔光束发生组件用于将从分光件射出的第一光束转换成呈贝塞尔分布的第一光束，第一光束用于对第一层进行加工；第二光束用于对第二层进行加工。该脆性材料的激光加工装置及加工方法能够有效提高加工效率，且有效避免在切割道两侧边缘形成锯齿状的痕迹。

Description

一种脆性材料的激光加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种脆性材料的激光加工装置及加工方法。

背景技术

常见的脆性材料有蓝宝石、玻璃、陶瓷等。其中，蓝宝石的莫氏硬度达到9，是仅次于金刚石的材料，具有高硬度、耐划伤等优点，同时具有良好的物理和化学性能，克服了钢化玻璃易自爆和不耐刮的缺点，逐渐成为电子产品保护盖板的热点。

以摄像头盖板加工为例，传统加工方式多采用小片制程，即大片蓝宝石基板经Bessel(贝塞尔)光束、或其他具有长焦深特性的光束切割得到小片摄像头盖板，再在每一小片摄像头盖板上丝印油墨，这种方式效率较低、且良品率较低；另一种常见的加工方式为大片制程，即大片蓝宝石基板首先丝印油墨，再用Bessel光束、或其他具有长焦深特性的光束切割得到小片摄像头盖板，这种方法可显著提高加工效率和油墨层均一性，但是由于油墨的汽化温度一般低于激光切割时的工作温度，会使得油墨层汽化，在切割道两侧一定宽度内形成透明区域的同时，在边缘形成锯齿状的痕迹，这种锯齿状边缘很容易影响摄像头盖板的透光度，严重影响摄像头的摄像质量。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种脆性材料的激光加工装置及加工方法，用以解决现有脆性材料的加工效率较低、良品率较低、容易在切割道两侧边缘形成锯齿状的痕迹导致影响摄像头的摄像质量的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种脆性材料的激光加工装置，用于对脆性材料的待加工工件进行加工，脆性材料的待加工工件包括层叠设置的第一层和第二层，其中，所述第一层采用脆性透明材料制成，所述第二层采用有色材料制成；采用了如下所述的技术方案：

该脆性材料的激光加工装置包括顺次设置的激光器、分光件和贝塞尔光束发生组件；

所述激光器用于射出高斯光束；

所述分光件用于对从所述激光器射出的高斯光束进行分束，得到沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束；

所述贝塞尔光束发生组件用于将从所述分光件射出的所述第一光束转换成呈贝塞尔分布的第一光束，所述第一光束用于对所述第一层进行加工，其中所述第一光束的焦深贯穿所述第一层；所述第二光束用于对所述第二层进行加工，其中所述第二光束的焦点位于所述第二层。

在一些实施例中，所述激光加工装置包括第一变焦件和/或第二变焦件；

沿所述第一方向，所述第一变焦件设置于所述分光件和贝塞尔光束发生组件之间的位置或设置于所述贝塞尔光束发生组件远离所述分光件的一侧，所述第一变焦件用于对从所述分光件或所述贝塞尔光束发生组件射出的所述第一光束进行变焦；

沿所述第二方向，所述第二变焦件设置于所述分光件远离所述激光器的一侧，所述第二变焦件用于对从所述分光件射出的所述第二光束进行变焦。

在一些实施例中，所述激光加工装置还包括聚焦组件，所述聚焦组件用于对从所述贝塞尔光束发生组件射出的第一光束聚焦，聚焦后的第一光束射向第一层；和/或，

所述聚焦组件用于对从所述分光件射出的第二光束进行聚焦，聚焦后的第二光束射向第二层。

在一些实施例中，所述聚焦组件包括第一聚焦件；沿所述第一方向，所述第一聚焦件设置于所述贝塞尔光束发生组件远离分光件的一侧，所述第一聚焦件用于对从所述贝塞尔光束发生组件射出的第一光束进行聚焦；和/或，

所述聚焦组件包括第二聚焦件；沿所述第二方向，所述第二聚焦件位于所述分光件远离激光器的一侧，所述第二聚焦件用于对从所述分光件射出的第二光束进行聚焦。

在一些实施例中，所述激光加工装置还包括合光件，所述合光件设置于所述贝塞尔光束发生组件和所述聚焦组件之间的位置，所述合光件用于对从所述贝塞尔光束发生组件射出的第一光束和从所述分光件射出的第二光束进行合束，合束后的第一光束和第二光束均通过所述聚焦组件聚焦。

在一些实施例中，所述激光加工装置还包括第一反射镜和第二反射镜；所述分光件、所述第一反射镜、所述第二变焦件和所述第二反射镜沿第二方向顺次设置；

所述第一反射镜用于将从所述分光件射出的所述第二光束转向后射向所述第二变焦件，所述第二反射镜用于将从所述第二变焦件射出的所述第二光束转向后射向所述聚焦组件或所述合光件。

在一些实施例中，所述激光加工装置还包括第三反射镜，所述分光件、贝塞尔光束发生组件和第三反射镜顺次设置，所述第三反射镜用于将从所述贝塞尔光束发生组件射出的所述第一光束转向后射向所述聚焦组件。

在一些实施例中，所述激光加工装置还包括偏振转换元件，所述偏振转换元件设置于所述激光器和所述分光件之间，所述偏振转换元件用于对从所述激光器射出的高斯光束进行偏振转换得到具有偏振态的高斯光束。

在一些实施例中，所述激光加工装置还包括空间光调制器，所述空间光调制器设置于所述偏振转换元件和所述分光件之间的位置，所述空间光调制器用于对所述第一光束进行相位调制。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种脆性材料的激光加工方法，采用了如下所述的技术方案：该脆性材料的激光加工方法基于上述的脆性材料的激光加工装置，所述方法包括如下步骤：

通过激光器射出高斯光束；

所述高斯光束射入所述分光件后分束成沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束；

所述第一光束射入所述贝塞尔光束发生组件后转换成呈贝塞尔分布的第一光束，呈贝塞尔分布的所述第一光束对所述第一层进行加工，其中所述第一光束的焦深贯穿所述第一层；

所述第二光束对所述第二层进行加工，其中所述第二光束的焦点位于所述第二层。

与现有技术相比，本发明实施例提供的脆性材料的激光加工装置及加工方法主要有以下有益效果：

该脆性材料的激光加工装置将激光器产生的高斯光束通过分光件进行分束，以形成沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束，其中第一光束通过贝塞尔光束发生组件转换成呈贝塞尔分布的第一光束对第一层如蓝宝石基板进行切割，第二光束沿第二方向采用高斯光束射向第二层如油墨层以用于去除油墨，因此通过一个激光器能够同时对第一层进行切割及对第二层进行除墨的操作，能够有效提高加工效率，且显著提高去除油墨的效果，能够使去除油墨的宽度达到小于50μm的效果，且边缘平滑，有效避免在切割道两侧边缘形成锯齿状的痕迹，应用于摄像头盖板时能够显著降低摄像头盖板漏光的风险，且无需增加激光器和设备空间，有效节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。其中：

图1是本发明其一实施例中脆性材料的激光加工装置的立体结构示意图；

图2是本发明其二实施例中脆性材料的激光加工装置的结构示意图；

图3是本发明其三实施例中脆性材料的激光加工装置的结构示意图；

图4是本发明其中一个实施例中的待加工工件的结构示意图；

图5是采用图1中脆性材料的激光加工装置对待加工工件加工后的效果图；

图6是采用常规加工方法对待加工工件加工后的效果图。

附图中的标号如下：

100、激光加工装置；

1、激光器；2、分光件；3、贝塞尔光束发生组件；31、第一镜片；32、第二镜片；4、第二变焦件；5、聚焦组件；51、第一聚焦件；52、第二聚焦件；6、第一反射镜；7、第二反射镜；8、第三反射镜；9、合光件；11、偏振转换元件；12、空间光调制器；

200、待加工工件；210、第一层/蓝宝石基板；220、第二层/油墨层。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在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，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

需说明的是，本发明实施例的激光加工装置100主要用于对脆性材料的待加工工件200进行加工，其中，这里所指脆性材料的待加工工件200包括蓝宝石、氧化锆材料、玻璃等材料制成的产品，具体可以对脆性材料的待加工工件200进行切割、开孔等操作；当然，该激光加工装置100还可以用于其他材料的加工。另外，本发明实施例的激光加工装置100可以是激光切割装置、激光铣削装置、激光雕刻装置等加工装置。为方便描述下面以进行切割加工为主进行说明。

本发明实施例提供一种脆性材料的激光加工装置100，用于对脆性材料的待加工工件200进行加工；需要说明的是，如图4所示，脆性材料的待加工工件200包括层叠设置的第一层210和第二层220，其中，第一层210采用脆性透明材料制成，该第一层210例如为玻璃或者蓝宝石等，厚度范围为200μm～1000μm，第二层220采用有色材料制成，如油墨等，厚度范围为小于80μm；为方便描述下面以第一层210为蓝宝石基板210，第二层220为油墨层220，即油墨丝印蓝宝石形成的待加工工件200进行描述。

如图1至图3所示，该脆性材料的激光加工装置100包括顺次设置的激光器1、分光件2和贝塞尔光束发生组件3。

如图1所示，激光器1用于射出高斯光束；分光件2用于对从激光器1射出的高斯光束进行分束，得到沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束。需要说明的是，在本实施例中，对第一方向和第二方向的具体路径在此不作特别的限制，以能够使沿第一方向传输的第一光束到达第一层210，沿第二方向传输的第二光束到达第二层220即可。

如图1所示，贝塞尔光束发生组件3用于将从分光件2射出的第一光束转换成呈贝塞尔分布的第一光束，第一光束用于对第一层210进行加工，其中第一光束的焦深贯穿第一层210；第二光束用于对第二层220进行加工，其中第二光束的焦点位于第二层220。需要说明的是，该第一光束的焦深贯穿第一层210，第二光束的焦点位于第二层220，以使第一光束和第二光束各自对对应的第一层210和第二层220进行切割。

可以理解地，该脆性材料的激光加工装置100的工作原理大致如下：当需要对脆性材料的待加工工件200进行加工如进行切割时，如对油墨丝印蓝宝石工件进行切割时，将油墨丝印蓝宝石工件放置于预设加工位置，通过激光器1射出高斯光束，高斯光束随后射入分光件2，分光件2将高斯光束分束为沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束，随后第一光束沿第一方向射入贝塞尔光束发生组件3，贝塞尔光束发生组件3将第一光束转换成呈贝塞尔分布的第一光束，呈贝塞尔分布的第一光束射向蓝宝石基板210以对蓝宝石基板210进行激光切割形成切割道；从分光件2射出的第二光束沿第二方向射向油墨层220以去除油墨，从而对油墨丝印蓝宝石工件中对应蓝宝石基板210的切割道的油墨进行去除，以使油墨层220在对应切割道的位置形成透明带。

综上，相比现有技术，该脆性材料的激光加工装置100至少具有以下有益效果：该脆性材料的激光加工装置100将激光器1产生的高斯光束通过分光件2进行分束，以形成沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束，其中第一光束通过贝塞尔光束发生组件3转换成呈贝塞尔分布的第一光束对第一层210如蓝宝石基板210进行切割，第二光束沿第二方向采用高斯光束射向第二层220如油墨层220以用于去除油墨，因此通过一个激光器1能够同时对第一层210进行切割及对第二层220进行除墨的操作，因此能够有效提高加工效率，且显著提高去除油墨的效果，能够使去除油墨的宽度达到小于50μm的效果，且边缘平滑，有效避免在切割道两侧边缘形成锯齿状的痕迹，应用于摄像头盖板时能够显著降低摄像头盖板漏光的风险，且无需增加激光器1和设备空间，有效节约成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在一些实施例中，如图1所示，激光加工装置100包括第一变焦件(图未示)和/或第二变焦件4；沿第一方向，第一变焦件设置于分光件2和贝塞尔光束发生组件3之间的位置或设置于贝塞尔光束发生组件3远离分光件2的一侧，第一变焦件用于对从分光件2或贝塞尔光束发生组件3射出的第一光束进行变焦。

如图1所示，沿第二方向，第二变焦件4设置于分光件2远离激光器1的一侧，第二变焦件4用于对从分光件2射出的第二光束进行变焦。

可以理解地，通过第一变焦件和/或第二变焦件4对从分光件2射出的第一光束和/或第二光束进行变焦，具体可以通过第一变焦件对第一光束进行变焦，或，通过第二变焦件4对第二光束进行变焦，或，通过第一变焦件和第二变焦件4对第一光束和第二光束同时进行变焦。具体在本实施例中，如图1所示，是通过第二变焦件4对第二光束进行变焦，以使第一光束的焦点位于第一层210，且焦深贯穿第一层210，第二光束的焦点位于第二层220，以使第一光束和第二光束能够仅对对应的待加工工件200的第一层210和第二层220进行加工，不会对其他位置造成损伤或影响。需要说明的是，该第一变焦件和第二变焦件4均可以为两片式或多片式透镜组，用于改变第二光束的光束发散角，以得到预设焦点的第二光束。

在一些实施例中，如图1至3图所示，激光加工装置100还包括聚焦组件5，聚焦组件5用于对从贝塞尔光束发生组件3射出的第一光束聚焦，聚焦后的第一光束射向第一层210；和/或，聚焦组件5用于对从分光件2射出的第二光束进行聚焦，聚焦后的第二光束射向第二层220。可以理解地，通过设置聚焦组件5，以对第一光束和/或第二光束进行聚焦形成加工光斑，从而进行高精度的聚焦加工，能够有效避免第一光束/第二光束自身特有的光束特性对第一层210/第二层220造成影响，以保证待加工工件200的加工精度，进一步提高加工效果。

在一些实施例中，如图1所示，聚焦组件5包括第一聚焦件51；沿第一方向，第一聚焦件51设置于贝塞尔光束发生组件3远离分光件2的一侧，第一聚焦件51用于对从贝塞尔光束发生组件3射出的第一光束进行聚焦。具体在一个实施例中，如图1所示，第一光束依次从激光器1、分光件2、贝塞尔光束发生组件3和第一聚焦件51中射出后对第一层210进行加工。

和/或，如图1所示，聚焦组件5包括第二聚焦件52；沿第二方向，第二聚焦件52位于分光件2远离激光器1的一侧，第二聚焦件52用于对从分光件2射出的第二光束进行聚焦。具体在一个实施例中，如图1所示，该第二聚焦件52设置于第二变焦件4远离分光件2的一侧，第二光束依次从激光器1、分光件2、第二变焦件4和第二聚焦件52射出后对第二层220进行加工。可以理解地，通过设置第一聚焦件51对第一光束进行聚焦，和/或设置第二聚焦件52对第二光束进行聚焦，第一光束的聚焦操作和第二光束的聚焦操作互不干扰，能够提高调节灵活性，从而进一步提高加工精确性。需要说明的是，该第一聚焦件51和第二聚焦件52均可以是单透镜或组合透镜系统，以能够对光束进行聚焦即可，在此不作特别的限制。

在一些实施例中，如图2和图3所示，激光加工装置100还包括合光件9，合光件9设置于贝塞尔光束发生组件3和聚焦组件5之间的位置，合光件9用于对从贝塞尔光束发生组件3射出的第一光束和从分光件2射出的第二光束进行合束，合束后的第一光束和第二光束均通过聚焦组件5聚焦。需要说明的是，在本实施例中，如图2所示，由于沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束经合光件9进行合光形成同一方向传输的第一光束和第二光束，因此该聚焦组件5可以仅为单透镜或组合透镜系统，以对同一方向传输的第一光束和第二光束同时进行聚焦得到聚焦光斑。

在一些实施例中，如图1所示，激光加工装置100还包括第一反射镜6和第二反射镜7；分光件2、第一反射镜6、第二变焦件4和第二反射镜7沿第二方向顺次设置；第一反射镜6用于将从分光件2射出的第二光束转向后射向第二变焦件4，第二反射镜7用于将从第二变焦件4射出的第二光束转向后射向聚焦组件5或合光件9。具体地，该第一反射镜6和第二反射镜7分别与第二光束的入射光呈45°角，以使第二光束分别通过第一反射镜6和第二反射镜7时均转向90°。需要说明的是，从分光件2分束得到的第一光束沿分光件2透射方向射出，第二光束经分光件2反射后沿与第一方向垂直的方向射出，具体在本实施例中，如图1所示，第一光束从分光件2射出时沿水平方向传输，第二光束沿竖直方向传输。可以理解地，该第二光束可以直接射入第二层220，或者该第二光束从第一层210的方向射入并穿过第一层210后聚焦于第二层220；具体地，第二反射镜7将从第二变焦件4射出的第二光束转向后射向聚焦组件5，经聚焦组件5聚焦后直接射向第二层220；如图2或图3所示，第二反射镜7将从第二变焦件4射出的第二光束转向后射向合光件9，经合光件9合光后再由聚焦组件5聚焦后从第一层210的方向射入，穿过第一层210后聚焦于第二层220。

在一些实施例中，如图1所示，激光加工装置100还包括第三反射镜8，分光件2、贝塞尔光束发生组件3和第三反射镜8顺次设置，第三反射镜8用于将从贝塞尔光束发生组件3射出的第一光束转向后射向聚焦组件5。具体地，该第三反射镜8与第一光束的入射光呈45°角，以使第一光束通过第三反射镜8时转向90°。可以理解地，当第一光束的入射光方向与待加工工件200的第一层210的朝向方向不同时，需要通过第三反射镜8对第一光束进行转向，第三反射镜8可以将从贝塞尔光束发生组件3射出的第一光束转向后射向聚焦组件5，经聚焦组件5聚焦后射向第一层210；需要说明的是，如图2或图3所示，当第一光束的入射光方向与待加工工件200的第一层210的朝向方向相同时，第一光束不需要改变方向，从贝塞尔光束发生组件3射出的第一光束可以直接射入聚焦组件5或经合光件9合光后射入聚焦组件5。

在一些实施例中，该分光件2为偏振分光棱镜，该偏振分光棱镜将从激光器1射出的高斯光束进行分束得到第一光束和第二光束，具体地，通过该偏振分光棱镜将具有第一偏振分量的第一光束和具有第二偏振分量的第二光束进行分束，并使第一光束沿第一方向传输，第二光束沿第二方向传输。优选地，该第二偏振分量和第一偏振分量的比值小于或等于5:95，通过该偏振分量的比值设置，能够进一步提高加工效果。

在一些实施例中，该合光件9也可以为与分光件2相同结构的偏振合光棱镜，根据光路结构设置在与分光件2不同的方向，该偏振合光棱镜将第一光束和第二光束合束后沿同一方向进行传输。

在一些实施例中，如图1所示，激光加工装置100还包括偏振转换元件11，偏振转换元件11设置于激光器1和分光件2之间，偏振转换元件11用于对从激光器1射出的高斯光束进行偏振转换得到具有预设偏振态的高斯光束。可以理解地，激光器1发出的高斯光束经过偏振转换元件11得到具有预设偏振态的高斯光束，具有预设偏振态的高斯光束经过分光件2使得具有第一偏振分量的第一光束沿第一方向传输，具有第二偏振分量的第二光束沿第二方向传输，其中第一偏振分量和第二偏振分量的比值可以通过偏振转换元件11进行调整。

在一些实施例中，偏振转换元件11可以是半波片，该半波片可以固定于外部机械装置上，并通过外部机械装置带动该半波片通过绕光轴旋转改变高斯光束的偏振态，以改变第一偏振分量和第二偏振分量的比值。在其他实施例中，该偏振转换元件11也可以是电光晶体，通过改变加载电光晶体上的电压从而改变高斯光束偏振态，以改变第一偏振分量和第二偏振分量的比值，以使第一光束和第二光束的强度比值满足加工需求，进一步提高加工效果。具体在本实施例中，该偏振转换元件11优选为电光晶体，具有精度高、易于操作、不需要回零处理的特点。

在一些实施例中，如图1所示，该贝塞尔光束发生组件3包括顺次设置的第一镜片31和第二镜片32，且第一镜片31设置于分光件2和第二镜片32之间的位置。该第一镜片31和第二镜片32均可以是轴棱镜或平凸透镜等，优选地，该第一镜片31为轴棱镜，第二镜片32为平凸透镜。通过从分光件2射出的第一光束依次经过轴棱镜和平凸透镜后能够转换得到呈贝塞尔分布的具有长焦深、无衍射特性的第一光束。

在一些实施例中，该激光加工装置100还包括加工载台、移动装置和控制系统，待加工工件200固定在加工载物台上，加工载物台连接在移动装置上，以使待加工工件200能够在XYZ轴方向进行直线运动或旋转运动，控制系统通过驱动移动装置带动待加工工件200相对加工光束移动，完成激光在待加工工件200上扫描，在待加工工件200上扫描上形成切割道，具体在本实施例中是在待加工工件200上形成间隔距离为6μm的点状切割道，对应该切割道位置的第二层220的油墨汽化形成透明带。

在一些实施例中，如图3所示，激光加工装置100还包括空间光调制器12，空间光调制器12设置于偏振转换元件11和分光件2之间的位置，空间光调制器12用于对第一光束进行相位调制。可以理解地，该空间光调制器12是一种敏感入射光偏振态的器件，设置为用于改变高斯光束中的第一偏振分量的第一光束的相位，但是对于高斯光束中的第二偏振分量的第二光束相当于一个反射镜，并不会对第二光束的相位进行调制。故此，通过该空间光调制器12，能够选择性调制高斯光束中的第一光束的相位。需要说明的是，在本实施例中还可以省去分光件2和合光件9，依据空间光调制器12对激光偏振态敏感的特点，将高斯光束分成了调制的第一偏振分量的第一光束和未被调制的第二偏振分量的第二光束，该第一光束和第二光束依旧在同一光路上传输，由此，以第二偏振分量的第二光束的激光焦点为基础，可以通过叠加一个相位给空间光调制器12，实现第一偏振分量的第一光束焦点的位置调节。

在一些实施例中，为了达到良好的加工效果，激光器1射出的高斯光束波长300～1100nm，脉冲宽度小于20ps，脉冲重复频率1～300KHz，最大单脉冲能量大于200μJ。优选地，该高斯光束波长1030nm，脉宽10ps，单脉冲能量200μJ，脉冲重复频率100KHz。

在一些实施例中，该激光加工装置100还包括像差校正单元；沿第二方向，像差校正单元设置于第二变焦件4远离分光件2的一侧，第二光束依次通过第二变焦件4和像差校正单元后射向第二层220。

下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

本发明脆性材料的激光加工装置100的实施例一

在本实施例中，如图1所示，一种脆性材料的激光加工装置100，用于对脆性材料的待加工工件200进行激光切割，其中待加工工件200的第一层210为蓝宝石基板210，第二层220为油墨层220。该激光加工装置100包括激光器1、偏振转换元件11、分光件2、贝塞尔光束发生组件3、第一反射镜6、第二反射镜7、第三反射镜8、第一聚焦件51和第二聚焦件52。

该激光器1、偏振转换元件11和分光件2顺次设置，激光器1射出的高斯光束依次经过偏振转换元件11和分光件2后分束为沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束；沿第一方向，分光件2、贝塞尔光束发生组件3、第三反射镜8和第一聚焦件51顺次设置；第一光束从分光件2射出后依次经过贝塞尔光束发生组件3、第三反射镜8和第一聚焦件51后射向蓝宝石基板210远离油墨层220的一侧，以对蓝宝石基板210进行激光切割形成切割道。

沿第二方向，分光件2、第一反射镜6、第二变焦件4、第二反射镜7和第二聚焦件52顺次设置，第二光束从分光件2射出后依次经过第一反射镜6、第二变焦件4、第二反射镜7和第二聚焦件52后射向油墨层220，以去除油墨层220对应于切割道的油墨形成透明带。

应用上述装置对油墨丝印蓝宝石工件形成的待加工工件200进行激光加工，通过第一光束对蓝宝石基板210进行切割从而在蓝宝石基板210上形成清晰的切割道，通过第二光束对油墨层220进行加工使得对应于切割道的位置的油墨汽化形成60μm的透明带，且带状区域边缘整形，基本呈直线，具体参考图5；对比未应用本发明的装置对油墨丝印蓝宝石盖板进行切割的切割效果，具体参考图6，透明带宽度更宽，边缘呈现明显的锯齿状。

本发明脆性材料的激光加工装置100的实施例二

在本实施例中，如图2所示，一种脆性材料的激光加工装置100，用于对脆性材料的待加工工件200进行激光切割，其中待加工工件200的第一层210为蓝宝石基板210，第二层220为油墨层220。该激光加工装置100包括激光器1、偏振转换元件11、分光件2、贝塞尔光束发生组件3、第一反射镜6、第二反射镜7、合光件9和聚焦组件5。

该激光器1、偏振转换元件11和分光件2顺次设置，激光器1射出的高斯光束依次经过偏振转换元件11和分光件2后分束为沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束；沿第一方向，分光件2、贝塞尔光束发生组件3、合光件9和聚焦组件5顺次设置；第一光束从分光件2射出后经过贝塞尔光束发生组件3进入合光件9。

沿第二方向，分光件2、第一反射镜6、第二变焦件4和第二反射镜7顺次设置，第二光束从分光件2射出后依次经过第一反射镜6、第二变焦件4、第二反射镜7后转向射向合光件9，合光件9将第一光束和第二光束合为一体后再经过聚焦组件5聚焦，聚焦后的第一光束射向蓝宝石基板210远离油墨层220的一侧，以对蓝宝石基板210进行激光切割形成切割道，第二光束穿过蓝宝石基板210后将焦点聚集在油墨层220，以去除油墨层220对应于切割道的油墨形成透明带。

本发明脆性材料的激光加工装置100的实施例三

如图3所示，本实施例的主要技术特征与上述实施例二的大体相同，其与实施例二的主要区别在于：

本发明脆性材料的激光加工装置100进一步包括：空间光调制器12，该空间光调制器12设置偏振转换元件11和分光件2之间的位置，空间光调制器12用于对第一光束进行相位调制。通过该空间光调制器12，能够选择性调制高斯光束中的第一光束的相位，实现第一偏振分量的第一光束焦点的位置调节。

基于上述的脆性材料的激光加工装置100，本发明实施例还提供一种脆性材料的激光加工方法，其中，该脆性材料的激光加工方法基于上述的脆性材料的激光加工装置100；

方法包括如下步骤：

通过激光器1射出高斯光束；

高斯光束射入分光件2后分束成沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束；

第一光束射入贝塞尔光束发生组件3后转换成呈贝塞尔分布的第一光束，呈贝塞尔分布的第一光束对第一层210进行加工，其中第一光束的焦深贯穿第一层210；

第二光束对第二层220进行加工，其中第二光束的焦点位于第二层220。

综上，相比现有技术，该脆性材料的激光加工方法至少具有以下有益效果：该脆性材料的激光加工方法通过采用上述的脆性材料的激光加工装置100，将激光器1产生的高斯光束通过分光件2进行分束，以形成沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束，其中第一光束通过贝塞尔光束发生组件3转换成呈贝塞尔分布的第一光束对第一层210如蓝宝石基板210进行切割，第二光束沿第二方向采用高斯光束射向第二层220如油墨层220以用于去除油墨，对第一层210进行切割及对第二层220进行除墨的操作能够同时进行，因此能够有效提高加工效率，且显著提高去除油墨的效果，能够使去除油墨的宽度达到小于50μm的效果，且边缘平滑，有效避免在切割道两侧边缘形成锯齿状的痕迹，应用于摄像头盖板时能够显著降低摄像头盖板漏光的风险，且无需增加激光器1和设备空间，有效节约成本。

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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种脆性材料的激光加工装置，用于对脆性材料的待加工工件进行加工，其特征在于，脆性材料的待加工工件包括层叠设置的第一层和第二层，其中，所述第一层采用脆性透明材料制成，所述第二层采用有色材料制成；所述激光加工装置包括顺次设置的激光器、分光件和贝塞尔光束发生组件；

所述激光器用于射出高斯光束；

所述分光件用于对从所述激光器射出的高斯光束进行分束，得到沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束；

所述贝塞尔光束发生组件用于将从所述分光件射出的所述第一光束转换成呈贝塞尔分布的第一光束，所述第一光束用于对所述第一层进行加工，其中所述第一光束的焦深贯穿所述第一层；所述第二光束用于对所述第二层进行加工，其中所述第二光束的焦点位于所述第二层。

2.根据权利要求1所述的脆性材料的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置包括第一变焦件和/或第二变焦件；

沿所述第一方向，所述第一变焦件设置于所述分光件和贝塞尔光束发生组件之间的位置或设置于所述贝塞尔光束发生组件远离所述分光件的一侧，所述第一变焦件用于对从所述分光件或所述贝塞尔光束发生组件射出的所述第一光束进行变焦；

沿所述第二方向，所述第二变焦件设置于所述分光件远离所述激光器的一侧，所述第二变焦件用于对从所述分光件射出的所述第二光束进行变焦。

3.根据权利要求2所述的脆性材料的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括聚焦组件，所述聚焦组件用于对从所述贝塞尔光束发生组件射出的第一光束聚焦，聚焦后的第一光束射向第一层；和/或，

所述聚焦组件用于对从所述分光件射出的第二光束进行聚焦，聚焦后的第二光束射向第二层。

4.根据权利要求3所述的脆性材料的激光加工装置，其特征在于，所述聚焦组件包括第一聚焦件；沿所述第一方向，所述第一聚焦件设置于所述贝塞尔光束发生组件远离分光件的一侧，所述第一聚焦件用于对从所述贝塞尔光束发生组件射出的第一光束进行聚焦；和/或，

所述聚焦组件包括第二聚焦件；沿所述第二方向，所述第二聚焦件位于所述分光件远离激光器的一侧，所述第二聚焦件用于对从所述分光件射出的第二光束进行聚焦。

5.根据权利要求3所述的脆性材料的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括合光件，所述合光件设置于所述贝塞尔光束发生组件和所述聚焦组件之间的位置，所述合光件用于对从所述贝塞尔光束发生组件射出的第一光束和从所述分光件射出的第二光束进行合束，合束后的第一光束和第二光束均通过所述聚焦组件聚焦。

6.根据权利要求3或5所述的脆性材料的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括第一反射镜和第二反射镜；所述分光件、所述第一反射镜、所述第二变焦件和所述第二反射镜沿第二方向顺次设置；

所述第一反射镜用于将从所述分光件射出的所述第二光束转向后射向所述第二变焦件，所述第二反射镜用于将从所述第二变焦件射出的所述第二光束转向后射向所述聚焦组件或所述合光件。

7.根据权利要求3所述的脆性材料的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括第三反射镜，所述分光件、贝塞尔光束发生组件和第三反射镜顺次设置，所述第三反射镜用于将从所述贝塞尔光束发生组件射出的所述第一光束转向后射向所述聚焦组件。

8.根据权利要求1至5任一项所述的脆性材料的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括偏振转换元件，所述偏振转换元件设置于所述激光器和所述分光件之间，所述偏振转换元件用于对从所述激光器射出的高斯光束进行偏振转换得到具有预设偏振态的高斯光束。

9.根据权利要求8所述的脆性材料的激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置还包括空间光调制器，所述空间光调制器设置于所述偏振转换元件和所述分光件之间的位置，所述空间光调制器用于对所述第一光束进行相位调制。

10.一种脆性材料的激光加工方法，其特征在于，所述脆性材料的激光加工方法基于权利要求1至9任一项所述的脆性材料的激光加工装置，所述激光加工方法包括如下步骤：

通过激光器射出高斯光束；

所述高斯光束射入所述分光件后分束成沿第一方向传输的第一光束和沿第二方向传输的第二光束；

所述第一光束射入所述贝塞尔光束发生组件后转换成呈贝塞尔分布的第一光束，呈贝塞尔分布的所述第一光束对所述第一层进行加工，其中所述第一光束的焦深贯穿所述第一层；

所述第二光束对所述第二层进行加工，其中所述第二光束的焦点位于所述第二层。

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