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