TWI425994B - 水導雷射裝置 - Google Patents

Description

水導雷射裝置

本發明涉及一種能夠減少雷射光於水中吸收損失之水導雷射裝置。

水導雷射係採用將雷射光進行聚焦後導入微水柱中，利用微水柱與空氣介面之全反射原理，雷射將沿著水柱傳導。於水柱維持穩定之範圍內，對待加工之產品進行加工，使得雷射能量累積並傳導產生之熱量被水帶走，可避免雷射對產品切割道週圍之熱損傷及灼燒，從而使得切割道清潔。

隨著人們對雷射切割之品質要求不斷提高，水導雷射因其具有高精度與高清潔之特點，於半導體、醫療器材、電子及航太等產業得到廣泛之應用。水導雷射之應用請參見文獻：High precision and high speed cutting of 4th generation OLED masks with Laser Micro Jet Mai,T.A.；Richer zhagen,B.；Lasers and Electro-Optics,2007.CLEO 2007.Conference on6-11 May 2007 Page(s)：1-1。

於先前技術中，水導雷射裝置包括容器、雷射源及聚光透鏡。容器具有一透光頂壁及與頂壁相對之底壁，底壁開設有噴水口，容器內容置有水。雷射源設置於透光頂壁一側，聚光透鏡設置於容器之頂壁與雷射源之間。雷射源出射之雷射光束，經過聚光透鏡 會聚，藉由頂壁射入容器，並從底壁之噴水口於水之引導下出射。於上述之水導雷射裝置中，雷射光束於水中傳導之距離與容器頂壁與底壁之間距相等。當雷射光束於水中傳導過程中，根據朗伯-比爾定律，有大量之雷射能量被水吸收，使得到達工件之雷射光束之能量降低，從而降低了雷射源發出雷射光束之利用效率。

有鑑於此，有必要提供一種水導雷射裝置，能夠減少雷射光束於水中之傳導距離，從而減少被水吸收之雷射光束之能量，提高雷射光束到達加工件之能量，提高雷射光束能量之利用效率。

下面將以複數實施例說明一種水導雷射裝置。

一種水導雷射裝置，其包括容器與雷射源。所述雷射源設置於容器一側，用於出射雷射光束。所述容器用於收容水，其遠離雷射源之另一側設置有噴水口，用於噴出水柱，以傳導雷射光束。所述水導雷射裝置還包括導光管，所述導光管收容於所述容器內並位於雷射源與噴水口之間，用於使得雷射光束先於導光管內傳導再於噴水口噴出之水柱內傳導。

本技術方案之水導雷射裝置，於容器內設置有導光管，使得雷射光束於導光管內傳導，可以減少雷射光束於水中傳導之距離，減少水對雷射光束能量之吸收，從而，可以提高雷射光束能量之利用效率，提高水導雷射作用於加工元件之能量。

100、200‧‧‧水導雷射裝置

110、210‧‧‧容器

111、211‧‧‧頂壁

112、212‧‧‧底壁

113‧‧‧側壁

114‧‧‧配合孔

115‧‧‧入水口

116‧‧‧安裝口

117、217‧‧‧收容腔

118、218‧‧‧噴嘴

119、218‧‧‧噴水口

120、220‧‧‧導光管

121‧‧‧第一端部

122、222‧‧‧第二端部

123‧‧‧透光元件

124、223‧‧‧導光腔

130、230‧‧‧雷射源

140、240‧‧‧聚光透鏡

213‧‧‧噴出部

214‧‧‧第一連接壁

215‧‧‧第二連接壁

216‧‧‧收容空間

圖1係本技術方案第一實施例之水導雷射裝置之示意圖。

圖2係圖1沿II-II線之剖視圖。

圖3係本技術方案第二實施例之水導雷射裝置之示意圖。

下面將結合附圖及複數實施例，對本技術方案之水導雷射裝置作進一步之詳細說明。

請一併參見圖1及圖2，本技術方案第一實施例提供之一種水導雷射裝置100包括容器110、噴嘴118、導光管120、雷射源130及聚光透鏡140。

容器110可以採用金屬或合金製成。容器110可以為長方體形殼體、圓筒狀殼體、圓臺形殼體或其他形狀之殼體。本實施例中，容器110為圓筒狀，其具有頂壁111、與頂壁111相對之底壁112及連接於頂壁111與底壁112之間之側壁113。頂壁111、底壁112及側壁113圍成一個收容腔117，收容腔117用於收容水，以產生高壓強水柱。於頂壁111之中心位置，開設有圓形之安裝口116，用於安裝導光管120。於底壁112上，開設有配合孔114，配合孔114與安裝口116相對應。本實施例中，配合孔114開設於底壁111之中心，配合孔114為圓形。噴嘴118配合收容於配合孔114，並與配合孔114之內壁緊密接觸。噴嘴118具有噴水口119，用於將收容腔117內之水噴出，以形成與噴水口119之孔徑相等之水柱。本實施例中，噴水口119之直徑為30微米至2毫米之間。為使得噴嘴118具有較好之機械強度同時具有較長之使用壽命，噴嘴118可以採用金剛石等具有較大硬度之材料製成。本實施例中，於側壁113形成有入水口115，入水口115用於與水源如水泵等相連。使用時，水以一定速度藉由入水口115注入到容器110之收容腔117 內並充滿收容腔117，使得收容腔117內之水與容器110之內壁之間具有較大之壓強，以使得收容腔117內之水以較大壓強噴出。入水口115之直徑可以根據實際之需要進行設定。入水口115亦可以開設於頂壁111或底壁112。

導光管120為圓形管，其外徑與安裝口116之直徑相等。120設置於頂壁111與底壁112之間，自頂壁111沿著容器110之中心軸線向112延伸，其長度略小於容器110之頂壁111與底壁112之間距。為防止導光管120由於入水口115進水時對導光管120之衝擊造成導光管120傾斜或者變形，導光管120由對雷射具有較少吸收並且具有較大強度之材料製成，如聚甲基丙烯酸甲酯等。

本實施例中，導光管120為空心管，其具有導光腔124。導光腔124與外界相連通，導光腔124內收容空氣，使得雷射光束於導光管內傳導時即相當於於空氣中傳導，如此相對於雷射光束於水中傳導時，可減少雷射光束於傳導過程中損失之能量。為了雷射光束之全部光線能夠於導光腔124內傳導，導光腔124之直徑應等於或略大於雷射光束之直徑。導光管120具有相對之第一端部121與第二端部122。第一端部121安裝於安裝口116，並與頂壁111緊密接觸。第二端部122靠近配合孔114，且不與底壁112接觸。第二端部122設置有透光元件123，透光元件123可為平面之玻璃。透光元件123設置於導光管120之第二端部122，使得導光腔124與收容空間117相互隔離，即使得收容腔117之水不能進入導光腔124內。當然，導光管120亦可為實心管。如此則不需於122設置123。

由於導光管120設置於頂壁111與底壁112之間，且其長度略小於 頂壁111與底壁112之間距，使得透光元件123靠近噴嘴118之噴水口119，使得透光元件123與噴水口119之間距於1毫米至1釐米之間。透光元件123與噴嘴118之間距可根據實際噴嘴118之噴水口119水之流動情況進行設定。

雷射源130設置於容器110之上方，與頂壁111相對。雷射源130可以根據實際加工之元件選定具有合適波長之雷射。雷射源130出射之雷射光束，垂直於頂壁111，並且雷射光束之中心軸線與導光管120之中心軸線重合，使得雷射光束於導光管120內傳導。優選地，雷射光束之直徑小於或者等於導光管120之內徑。

本實施例中，聚光透鏡140設置於雷射源130與容器110之頂壁111之間。聚光透鏡140可為凸透鏡，其光軸與雷射光束之中心軸線重合。雷射光束藉由聚光透鏡140後，雷射光束產生會聚，會聚之光線於導光管120內傳導。優選地，藉由選擇合適焦距之聚光透鏡140以使得會聚之雷射光束噴水口之焦點位於待加工之元件之表面，從而提高雷射單位面積上雷射之能量並且使得雷射切割具有更窄之切割道。

於本實施例中，聚光透鏡140亦可以設置於導光管120內第一端部121與第二端部122之間之任何位置，保證聚光透鏡140能夠使得雷射光束會聚之焦點位於待加工之元件之表面即可。

請參閱圖3，本技術方案第二實施例提供之一種水導雷射裝置200，其結構與本技術方案第一實施例提供之水導雷射裝置100之結構相近，不同之處為，容器210之底壁212向遠離容器210方向形成有噴出部213，噴出部213具有第一連接壁214及第二連接壁215，第二連接壁215與底壁212平行，第一連接壁214連接於第二連 接壁215與底壁212之間，第一連接壁214與第二連接壁215圍合形成一個圓臺形之收容空間216。收容空間216與容器210之收容腔217相連通，亦用於收容水。噴水口218開設於第二連接壁215之中央部位，與導光管220之導光腔223相對應，用於噴出高壓強水柱。聚光透鏡240設置於水導雷射裝置200之導光管220之第二端部222，用於會聚集光源230發出之雷射光束，並用於隔離導光管220之導光腔223與容器210之收容腔中之水。於本實施例中，聚焦透鏡240之焦距應該與聚焦透鏡240與待加工元件之間距相等。

雷射源230發出之雷射光束直接射入至導光管220中，經過導光管220第二端部222之聚焦透鏡240後，雷射光束產生會聚，並經過噴水口218後與水柱一起到達待加工元件之表面。

本技術方案之水導雷射裝置，於容器內設置有導光管，使得雷射光束於導光管內傳導，可以減少雷射光束於水中傳導之距離，減少水對雷射光束能量之吸收，從而，可以提高雷射光束能量之利用效率，提高水導雷射作用於加工元件之能量。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍。

100‧‧‧水導雷射裝置

110‧‧‧容器

111‧‧‧頂壁

112‧‧‧底壁

113‧‧‧側壁

114‧‧‧配合孔

115‧‧‧入水口

116‧‧‧安裝口

117‧‧‧收容腔

118‧‧‧噴嘴

119‧‧‧噴水口

120‧‧‧導光管

121‧‧‧第一端部

122‧‧‧第二端部

123‧‧‧透光元件

124‧‧‧導光腔

130‧‧‧雷射源

140‧‧‧聚光透鏡

Claims (12)

1. 一種水導雷射裝置，其包括容器與雷射源，所述雷射源設置於容器一側，用於出射雷射光束，所述容器用於收容水，其遠離雷射源之另一側設置有噴水口，用於噴出水柱，以傳導雷射光束，其中，所述水導雷射裝置還包括導光管，所述導光管收容於所述容器內並位於雷射源與噴水口之間，用於使得雷射光束先於導光管內傳導再於噴水口噴出之水柱內傳導。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水導雷射裝置，其中，所述容器包括相對之頂壁與底壁，所述噴水口設置於所述底壁，所述雷射源設置於頂壁遠離底壁之一側，且與所述噴水口相對應，所述頂壁具有一安裝口，所述導光管一端安裝於所述安裝口，另一端靠近所述噴水口。
3. 如申請專利範圍第2項所述之水導雷射裝置，其中，所述導光管之中心軸線垂直於所述頂壁與底壁，且與所述噴水口之中心軸線重合。
4. 如申請專利範圍第2項所述之水導雷射裝置，其中，所述水導雷射裝置還包括聚光透鏡，所述聚光透鏡設置於雷射源與頂壁之間，用於會聚雷射源出射之雷射光束。
5. 如申請專利範圍第4項所述之水導雷射裝置，其中，所述聚光透鏡之光軸與導光管之中心軸線重合。
6. 如申請專利範圍第2項所述之水導雷射裝置，其中，所述導光管具有導光腔，所述導光腔靠近安裝口之一端與外界連通，靠近噴水口之一端封裝有透光元件，所述透光元件用於隔離導光腔與容器內之水。
7. 如申請專利範圍第6項所述之水導雷射裝置，其中，所述透光元件與所述噴水口之間距為1毫米至1釐米之間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之水導雷射裝置，其中，所述水導雷射裝置還包括聚光透鏡，所述聚光透鏡設置於所述導光腔，用於會聚雷射源出射之雷射光束。
9. 如申請專利範圍第2項所述之水導雷射裝置，其中，所述水導雷射裝置還包括聚光透鏡，所述聚光透鏡設置於導光管靠近噴水口之一端，用於會聚雷射源出射之雷射光束。
10. 如申請專利範圍第2項所述之水導雷射裝置，其中，所述底壁遠離容器之方向形成有噴出部，所述噴出部具有第一連接壁及第二連接壁，第二連接壁與容器之底壁平行，第一連接壁連接於第二連接壁與底壁之間，所述第一連接壁及第二連接壁圍合形成一個與容器相連通之收容空間，所述噴水口開設於所述第二連接壁。
11. 如申請專利範圍第1項所述之水導雷射裝置，其中，所述噴水口之直徑為0.1毫米至2毫米。
12. 如申請專利範圍第1項所述之水導雷射裝置，其中，所述水導雷射裝置還包括噴嘴，所述容器遠離雷射源之另一側具有配合孔，所述噴嘴配合收容於配合孔內，所述噴水口開設於所述噴嘴。