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一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng)及方法

文檔序號:9361715閱讀:494來源:國知局
一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光微加工領(lǐng)域,尤其涉及一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng)及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在激光微加工中,為了滿足對加工精度的高要求,目前主要采取的一種方式是用 聚焦鏡把光斑聚焦成幾個微米大小來加工。但是由于聚焦光斑近似點狀,所以去除深度很 淺,效率低,限制了使用。
[0003] 隨著消費電子行業(yè)的快速發(fā)展,越來越多的部件走向小型化和高端化,對微加工 的需求越來越多;同時消費電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代也原來越快,對產(chǎn)能要求也非常高。而激光 作為現(xiàn)代工業(yè)中先進的加工手段,越發(fā)受到各個行業(yè)的重視,通過激光實現(xiàn)微加工的可行 性和實用性也得到越來越多的驗證,但是在很多應(yīng)用中任然激光微加工的效率任然很難提 尚。
[0004] 為了提供更高效的激光微加工,比較直接有效的系統(tǒng)是光束整形,例如方形光斑、 條形光斑,如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中采用高斯聚焦光束進行材料加工的光路圖,但是這都 是在改變光斑在橫截面上的能量分布。想要提高某些加工的效率,必須在光束的傳播方向 上進行整形,這通過衍射光學(xué)來實現(xiàn)。目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中采用的衍射光學(xué)方法有多焦 點、貝塞爾光束等等,依靠增加一次性加工的面積來提高加工效率。但是這些方法在并不能 改變激光的傳輸方向,光只能沿直線傳播(貝塞爾光束)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實施例的目的在于提供一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng),以解決現(xiàn)有 技術(shù)的問題。
[0006] 本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的,一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包 括:激光器1、空間光調(diào)制器2、擴束鏡3、聚焦鏡4、加工件5和運動平臺6 ;
[0007] 所述激光器1發(fā)出的激光經(jīng)過所述艾里透鏡2,將能量滿足高斯分布函數(shù)的衍射 光束改變?yōu)檠厍€傳輸?shù)臒o衍射光束;
[0008] 所述整形后的整形光束進過擴束鏡3對光束進行同軸擴束;
[0009] 擴束后光束進入所述聚焦鏡4,聚焦在所述加工件5上,由所述運動平臺6帶動所 述加工件5根據(jù)加工圖形運動,實現(xiàn)曲面加工。
[0010] 進一步的,所述空間光調(diào)制器2工作過程為:根據(jù)所述加工件5的加工需求曲面參 數(shù)確定所述整形后光束的參數(shù),通過改變加載在空間光調(diào)制器2內(nèi)部液晶盒上的電壓來改 變液晶分子指向,從而改變雙折射率,實現(xiàn)對入射光束的相位調(diào)制,變換入射光束波前,在 遠場再現(xiàn)要求的光場分布,產(chǎn)生滿足參數(shù)要求的所述整形后光束。
[0011] 進一步的,所述激光器1是波長為255_1550nm的皮秒激光器或飛秒激光器。
[0012] 進一步的,所述擴束鏡3為變倍擴束鏡,減小光束傳播的發(fā)散角,改進光束的準直 性,并控制激光最終聚焦光斑大小,獲得理想光斑大小。
[0013] -種用整形光束進行材料加工的方法,包括:將能量滿足高速分布函數(shù)的衍射光 束整形為沿曲線傳輸?shù)臒o衍射光束,根據(jù)加工件的加工需求曲面參數(shù)確定整形后光束的參 數(shù),對所述加工件進行曲面加工。
[0014] 進一步的,利用空間光調(diào)制器將能量滿足高速分布函數(shù)的衍射光束整形為沿曲線 傳輸?shù)臒o衍射光束,其過程包括:
[0015] 通過改變加載在所述空間光調(diào)制器內(nèi)部液晶盒上的電壓來改變液晶分子指向,從 而改變雙折射率,實現(xiàn)對入射光束的相位調(diào)制,變換入射光束波前,在遠場再現(xiàn)要求的光場 分布,產(chǎn)生滿足參數(shù)要求的所述整形后光束。
[0016] 本發(fā)明實施例提供的一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng)及方法的有益效果包 括:
[0017] 本發(fā)明實施例提供的一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng),滿足其他函數(shù)的光 (艾里函數(shù)),在隨時間變化的過程中表現(xiàn)出不擴展以及自加速的奇異特性,即自彎曲傳 輸,目標面是曲面時,可以由彎曲的光斑一次成型,而不需要利用2. f5D加工逐層成型,大大 提高了效率;對于特定的加工曲面控制空間光調(diào)制器,使光斑的彎曲面與加工要求曲面匹 配,理論上可以加工任意曲面;一次加工的有效深度大大增加,加工效率顯著提高。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下,還可以根據(jù)這些 附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用高斯聚焦光束進行材料加工的光路圖;
[0020] 圖2是本發(fā)明實施例提供的一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0021] 圖3是本發(fā)明實施例提供的采用整形光束進行材料加工的光路圖;
[0022] 其中:1為激光器,2為空間光調(diào)制器,3為擴束鏡,4為聚焦鏡,5為加工件,6為運 動平臺。
【具體實施方式】
[0023] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實施例,對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并 不用于限定本發(fā)明。
[0024] 為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案,下面通過具體實施例來進行說明。
[0025] 實施例一
[0026] 本發(fā)明提供的實施例一為本發(fā)明提供的一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng)的 實施例,如圖1所示為本發(fā)明提供的一種用整形光束進行材料加工的系統(tǒng)的實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖,所述系統(tǒng)包括:激光器1、空間光調(diào)制器2、擴束鏡3、聚焦鏡4、加工件5和運動平臺 6〇
[0027] 所述激光器1發(fā)出的激光經(jīng)過所述艾里透鏡2,將能量滿足高斯分布函數(shù)的衍射 光束改變?yōu)檠厍€傳輸?shù)臒o衍射光束;
[0028] 所述整形后的整形光束進過擴束鏡3對光束進行同軸擴束;
[0029] 擴束后光束進入所述聚焦鏡4,聚焦在所述加工件5上,由所述運動平臺6帶動所 述加工件5根據(jù)加工圖形運動,實現(xiàn)曲面加工;
[0030] 所述空間光調(diào)制器2工作原理為:根據(jù)所述加工件5的加工需求曲面參數(shù)確定所 述整形光束的參數(shù),通過改變加載在空間光調(diào)制器2內(nèi)部液晶盒上的電壓來改變液晶分子 指向,從而改變雙折射率,實現(xiàn)對入射光束的相位調(diào)制,變換入射光束波前,最終在遠場再 現(xiàn)要求的光場分布,產(chǎn)生滿足參數(shù)要求的所述整形光束。
[0031] 衍射是光束的基本特性。由于顏衍射,激光束在傳輸過程中,光斑逐漸增大,能量 逐漸分散。隨著激光在加工、通信、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用的不斷拓展和深化,人脈越來越希望消 除衍射,降低激光束的傳輸耗散。由此,一個新的
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