CN207521870U - 基于匀化装置的激光输出系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光加工技术领域，具体涉及一种基于匀化装置的激光输出系统。包括激光器、扩束镜、反射镜和聚焦镜，还包括光学镜组和匀化装置，所述激光器发出的激光束经扩束镜扩束，并经45°设置的反射镜反射后进入光学镜组，所述激光束经光学镜组转换为贝塞尔光束后入射至匀化装置，所述匀化装置对所述贝塞尔光束进行匀化处理，并输出至聚焦镜，所述聚焦镜对光束进行聚焦后形成加工激光输出。利用该激光输出系统输出激光在工件厚度上的能量密度分布均匀的特性，能够保证材料沿厚度方向上的受热应力相同，不会出现硬脆材料崩边、微裂纹等现象，有效的降低了产品的良率和质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光加工技术领域，具体涉及一种基于匀化装置的激光输出系统。
背景技术
随着工业的发展，硬脆材料在各个领域的应用已经日益普遍。那些硬脆材料，诸如硅单晶、石英晶体、陶瓷、宝石、玻璃、稀土磁性材料、硬质合金等，在工业中大批量应用时必须加工成一定的几何形状，精度要求很高，同时还希望生产效率高。相对于传统机械加工方法，激光加工无直接接触，减少了因接触应力而对材料带来的损伤；激光聚焦光斑小，加工缝宽小，热影响区小，能够实现高效率加工；另外也方便实现易于三维不规则面的加工。因此利用激光加工硬脆材料得到了大力发展。
聚焦后的激光光束的局部能量非常高，对材料进行局部加热，能够对材料进行高速加工。但由于激光束在工件厚度方向上无法保持能量均匀，材料沿厚度方向上的受热应力并不相同，很容易引起硬脆材料产生崩边、微裂纹等现象，降低产品的良率和质量。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种能够保证激光束在工件厚度上能量密度均匀分布，防止硬脆材料崩边的基于匀化装置的激光输出系统。
本实用新型一种基于匀化装置的激光输出系统，其技术方案为：包括激光器、扩束镜、反射镜和聚焦镜，还包括光学镜组和用于使激光束在工件厚度上能量密度均匀分布的匀化装置，所述激光器发出的激光束经扩束镜扩束，并经45°设置的反射镜反射后进入光学镜组，所述激光束经光学镜组转换为贝塞尔光束后入射至匀化装置，所述匀化装置对所述贝塞尔光束进行匀化处理，并输出至聚焦镜，所述聚焦镜对光束进行聚焦后形成在工件厚度上能量密度均匀分布的加工激光输出。
较为优选的，所述光学镜组为轴棱锥镜组或位相光栅。
较为优选的，所述匀化装置为位相光栅。
较为优选的，所述匀化装置的镜面材质为熔融石英。
较为优选的，当所述激光器输出激光的波长为1064nm，且加工工件厚度为1.5mm时，所述匀化装置的凸面曲率为23.352mm。
本实用新型的有益效果：在激光输出光路上加入轴棱锥镜组和匀化装置，利用该激光输出系统输出激光在工件厚度上的能量密度分布均匀的特性，能够保证材料沿厚度方向上的受热应力相同，不会出现硬脆材料崩边、微裂纹等现象，有效的提高了产品的良率和质量。
附图说明
图1为本实用新型一种基于匀化装置的激光输出系统的光路示意图；
图2为本实用新型中光学镜组为轴棱锥镜组时激光束的传输示意图；
图3为激光通过轴棱锥镜组后的能量分布示意图；
图4为激光通过匀化装置后的能量分布示意图；
图5为激光束通过整形装置前沿传播方向上的能量分布示意图；
图6为激光束通过整形装置后沿传播方向上的能量分布示意图；
图7为激光束在工件厚度上的能量以多焦点形式分布的示意图；
图8为激光束在工件厚度上的能量均匀分布的示意图。
图中：1—激光器、2—激光光束、3—扩束镜、4—反射镜、5—光学镜组、51—轴棱锥镜组、52—位相光栅、6—匀化装置、7—聚焦镜、8—工件、9—XY电动平移台、10—整形装置。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
如图1所示，本实用新型一种基于匀化装置的激光输出系统包括激光器1、扩束镜3、反射镜4、光学镜组5、匀化装置6和聚焦镜7。其中，光学镜组5包括轴棱锥镜组51和位相光栅52。激光器1发出的激光光束2经扩束镜3扩束，并经45°设置的反射镜4反射后进入光学镜组5，激光光束2经光学镜组5的轴棱锥镜组51转换为贝塞尔光束后入射至匀化装置6，匀化装置6对贝塞尔光束进行匀化处理，并输出至聚焦镜7，聚焦镜7对光束进行聚焦后形成加工激光输出，工件8放置在XY电动平移台9上，通过XY电动平移台9在X、Y两个方向上联动完成激光加工轨迹。
如图5和6所示，通过整形装置10对高斯分布的激光光束2进行初步的变换后，激光光束2在传播方向上的能量分布不再是束腰处能量最高，远离束腰处，能量逐渐降低，同时在激光光斑横截面上的能量分布均匀。光学镜组5为轴棱锥镜组51时，激光光束能量密度分布如图2和3所示。其可以用来加工的能量密度的范围比高斯光束的要宽；再经过匀化装置6和聚焦镜7之后，作用在工件8上的能量密度分布如图4所示，其在工件8厚度上分布均匀。光学镜组5除了可以采用轴棱锥镜组51，还可以采用位相光栅，位相光栅52的表面上有一些刻蚀的结构，是根据出射光斑的能量密度均匀分布的要求而特意设计的。根据附图7和8可以看出，激光光束在工件厚度上的能量密度是呈周期性能量分布的，根据实际加工需求，调整光学镜组5和匀化装置6，可以实现激光光束在工件厚度上的能量分布为多焦点形式或均匀分布形式。
当激光器输出激光的波长为1064nm，且加工工件厚度为d＝1.5mm时，匀化装置的凸面曲率为23.352mm。
实施例一
在本文公开的装置和方法中的一个实施例中，利用功率为50W波长为532nm的皮秒激光器，加工2mm厚的蓝宝石基片，加工速度为300mm/s，加工完成后，蓝宝石基片上，无裂纹崩边现象，加工剖面上的粗糙度为0.2um。
实施例二
在本文公开的装置和方法中的一个实施例中，利用功率为30W波长为1064nm的飞秒激光器，加工1mm厚的玻璃，加工速度为1000mm/s，加工完成后，石英无其它缺陷，刻槽面上的粗糙度为：1.2um。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于匀化装置的激光输出系统，包括激光器、扩束镜、反射镜和聚焦镜，其特征在于：还包括光学镜组和用于使激光束在工件厚度上能量密度均匀分布的匀化装置，所述激光器发出的激光束经扩束镜扩束，并经45°设置的反射镜反射后进入光学镜组，所述激光束经光学镜组转换为贝塞尔光束后入射至匀化装置，所述匀化装置对所述贝塞尔光束进行匀化处理，并输出至聚焦镜，所述聚焦镜对光束进行聚焦后形成在工件厚度上能量密度均匀分布的加工激光输出。
2.如权利要求1所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：所述光学镜组为轴棱锥镜组或位相光栅。
3.如权利要求1所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：所述匀化装置为位相光栅。
4.如权利要求1所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：所述匀化装置的镜面材质为熔融石英。
5.如权利要求3所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：当所述激光器输出激光的波长为1064nm，且加工工件厚度为1.5mm时，所述匀化装置的凸面曲率为23.352mm。
6.如权利要求1所述基于匀化装置的激光输出系统，其特征在于：所述反射镜与光学镜组之间还设有整形装置。
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