一种透明材料的加工方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种透明材料的加工方法及装置，提供一波长在1020纳米～1090纳米之间的脉冲串种子激光器，采用光纤放大器进行能量放大后，进行光学倍频，获得绿光脉冲串输出，每一脉冲串里包括至少两个激光脉冲，脉冲宽度小于10ns，脉冲的峰值功率大于5KW,各脉冲串里的每一激光脉冲间的时间小于为120ns,脉冲串间的间隔时间大于300ns，每一秒的总脉冲数大于100,000个；其中，光纤激光器输出的激光束只采用光纤放大器进行能量放大；将上述绿光聚焦到透明材料的待加工位置，通过移动聚焦位置，实现对透明材料的加工。本发明专利技术提高了加工速度。

【技术实现步骤摘要】
一种透明材料的加工方法及装置
本专利技术涉及一种透明材料加工方法，具体涉及一种用于透明材料的激光加工方法。
技术介绍
玻璃和蓝宝石透明材料已经成为了人们日常生活中不可缺少的一部分，随着经济的发展，对玻璃制品的需求量与日俱增。在玻璃和蓝宝石的生产工业中，玻璃和蓝宝石加工是一个十分重要环节。一般来说，玻璃和蓝宝石加工（冷加工）主要包括抛光、切割、钻孔、雕刻、磨边等。为了工业化实现上述玻璃和蓝宝石加工的目的，现有技术中采用的加工方法主要有机械加工方法、化学加工方法（主要用于抛光和刻蚀）、高压水射流加工方法（主要用于切割和钻孔）和激光加工方法。在这当中，激光加工方法在加工速度和自动化程度方面都要远远优于其它的方法。传统的激光玻璃和蓝宝石加工运用的是波长在10.6μm附近的CO2激光器，其输出功率一般需要达到100W以上。CO2激光器加工玻璃和蓝宝石是通过激光入射使玻璃受热后发生断裂而实现的。以平板玻璃的切割为例，将CO2激光器发出的激光束聚焦到平板玻璃上，高功率的激光使得玻璃在激光的焦点位置受热发生断裂，裂缝向玻璃的上下表面延伸从而完成切割。在受热切割的过程中，通常需要使用淬火嘴将冷水或冷气喷射到切割道上，使玻璃裂开。这种方法切割精度较低，同时难以加工复杂图形。运用波长在532nm附近（绿光）的脉冲输出自由空间固体激光器进行玻璃和蓝宝石加工可以达到更好的加工效果。与传统的CO2激光器不同，这种绿光激光器是通过微爆破的方式实现玻璃加工的。同样以平板玻璃的切割为例，通过3D扫描振镜可以使绿光激光的焦点在竖直方向上移动，在激光焦点经过的地方，玻璃会发生微米量级的爆破，这种微小损伤在竖直方向上叠加从而实现了精度更高的切割。然而，上述的这种绿光激光器在玻璃和蓝宝石加工方面还存在着一些缺陷。首先，自由空间的固体激光器并不稳定。这是因为，自由空间的固体激光器的内部是通过反射镜片来控制光路的，当外部环境出现一定的振动或其它干扰则会在一定程度上影响激光的输出。其次，现有的这种自由空间固体的绿光激光器输出脉冲的频率是无法突破100KHz的（当脉冲重复频率增加到接近100KHz或高于100KHz时，输出脉冲的宽度将会增加）。这也限制了利用此类绿光激光器实现更快速度的玻璃和蓝宝石加工。玻璃和蓝宝石激光加工的效率受到限制，加工速度受限制就意味着加工成本比较高。因此，找到一种新的玻璃加工方法从而实现透明材料加工技术的提高是十分有意义的。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种透明材料的加工方法，以克服现有技术中加工速度受限的问题，提高激光透明材料加工的精度和速度。本专利技术的另一个专利技术目的是提供一种实现该加工方法的透明材料的加工装置。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种透明材料的加工方法，提供一波长在1020纳米～1090纳米之间的光纤激光器，将种子激光器输出的激光脉冲串采用光纤放大器进行能量放大后，进行光学倍频，获得绿光输出，输出绿光的脉冲串,每一脉冲串里包括至少两个激光脉冲，脉冲宽度小于10ns，脉冲的峰值功率大于5KW，各脉冲串里的相邻激光脉冲间的间隔时间小于120ns，脉冲串间的间隔时间大于300ns，每一秒的总脉冲数大于100000个；其中，光纤激光器输出的激光束只采用光纤放大器进行能量放大；将上述绿光聚焦到透明材料的待加工位置，通过移动聚焦位置，实现对透明材料的加工。上述技术方案中，脉冲输出绿光激光是运用波长在1μm附近的光纤激光器通过倍频后得到的。输出绿光的脉冲串,每一脉冲串里包括至少两个激光脉冲，脉冲宽度小于10ns，脉冲的峰值功率大于5KW,各脉冲串里的每一激光脉冲间的时间小于120ns,脉冲串间的间隔时间大于300ns。第一个脉冲作用到材料上使材料发生微米量级(5~50微米)的爆破,产生材料去除并增加周围材料的温度。在周围材料的热量被释放之前，第二脉冲到达并进一步快速增加周围材料的温度，然后产生更多材料去除。第三个脉冲可以利用前面两个脉冲的余热，有效地产生更多材料去除，以此类推，这种脉冲串可以大大提高材料去除效率。热扩散需要微秒的时间水平，但是随后的脉冲通常在十几纳秒左右到达。脉冲串的典型脉冲间隔为十几纳秒，远小于热扩散所需的微秒时间。因此可以有效地利用来自前一脉冲的余热。脉冲串里的激光脉冲数可以是2个、3个、4个、5个，甚至50个。每一秒的总脉冲数大于100000个；其中，光纤激光器输出的激光束只采用光纤放大器进行能量放大；这种以光纤激光器为基础的激光系统比自由空间的固体激光器拥有更高的稳定性，输出激光的光谱范围为510nm～545nm。加工的透明材料可以是建筑玻璃、基板玻璃、增强玻璃、钢化玻璃、光学玻璃、石英玻璃、超薄玻璃、蓝宝石、晶体材料、半导体和塑料,等。透明材料的厚度可以为0.005mm到150mm。上述技术方案中，所述的种子激光器是光纤激光器或光纤耦合的半导体激光器。上述技术方案中，所述的移动聚焦位置通过扫描振镜实现，输出的绿光经扫描振镜后由聚焦透镜聚焦到透明材料的待加工位置，使透明材料发生微米量级的爆破，通过扫描振镜移动焦点的位置，使爆破点在所需加工的区域叠加从而实现加工。或者，所述的移动聚焦位置通过改变聚焦透镜与待加工的透明材料的相对位置实现，输出的绿光经聚焦透镜聚焦到透明材料的待加工位置，使材料发生微米量级的爆破，通过移动包括激光器和透镜的光学头，或者移动待加工的透明材料，改变焦点在透明材料上的位置，使爆破点在所需加工的区域叠加从而实现加工。上述技术方案中，所述加工是钻孔、切割、磨边、和倒角中的一种。为实现本专利技术的另一专利技术目的，采用的技术方案是，一种透明材料的加工装置，由绿光激光器、聚焦透镜和焦点调整机构组成，所述绿光脉冲串激光器主要由输出波长在1020纳米～1090纳米之间的脉冲串种子激光器、多级或单级光纤放大器、准直器和倍频器件构成，脉冲串种子激光器的输出光经光纤放大器放大后，由准直器准直后经倍频器件倍频输出绿光脉冲串；所述绿光经聚焦透镜聚焦在透明材料的待加工位置，所述透明材料采用机械夹具夹持，所述机械夹具连接在固定式工作平台或者移动平台上。所述焦点调整机构包括扫描振镜，所述扫描振镜在光路中位于绿光脉冲串激光器的输出和聚焦透镜之间。所述扫描振镜是二维振镜、2.5维振镜、或者三维振镜中的一种。或者，所述绿光脉冲串激光器和所述聚焦透镜构成光学头，所述焦点调整机构包括光学头位置调整机构，以待加工的透明材料所在平面为X-Y平面，Z轴垂直于X-Y平面，该光学头位置透整机构使光学头具有X轴、Y轴、Z轴平移的自由度。或者，所述焦点调整机构包括放置待加工的透明材料的平台，以待加工的透明材料所在平面为X-Y平面，Z轴垂直于X-Y平面，所述焦点调整机构使所述平台具有X轴、Y轴平移的自由度，所述聚焦透镜和所述平台之间具有沿Z轴相对运动的自由度。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1、本专利技术中绿光激光器输出的是脉冲串,第一个脉冲作用到材料上使材料发生微米量级(5~50微米)的爆破,产生材料去除并增加周围材料的温度。在周围材料的热量被释放之前，第二脉冲到达并进一步快速增加周围材料的温度，然后产生更多材料去除，这种脉冲串方式可以大大提高材料去除效率。2、本专利技术中绿光脉冲串激光器采用光纤激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透明材料的加工方法，其特征在于：提供一波长在1020纳米～1090纳米之间的光纤激光器，将种子激光器输出的激光脉冲串采用光纤放大器进行能量放大后，进行光学倍频，获得绿光输出，输出绿光的脉冲串, 每一脉冲串里包括至少两个激光脉冲，脉冲宽度小于10ns，脉冲的峰值功率大于5KW，各脉冲串里的相邻激光脉冲间的间隔时间小于120ns，脉冲串间的间隔时间大于300ns，每一秒的总脉冲数大于100000个；其中，光纤激光器输出的激光束只采用光纤放大器进行能量放大；将上述绿光聚焦到透明材料的待加工位置，通过移动聚焦位置，实现对透明材料的加工。

【技术特征摘要】
1.一种透明材料的加工方法，其特征在于：提供一波长在1020纳米～1090纳米之间的光纤激光器，将种子激光器输出的激光脉冲串采用光纤放大器进行能量放大后，进行光学倍频，获得绿光输出，输出绿光的脉冲串,每一脉冲串里包括至少两个激光脉冲，脉冲宽度小于10ns，脉冲的峰值功率大于5KW，各脉冲串里的相邻激光脉冲间的间隔时间小于120ns，脉冲串间的间隔时间大于300ns，每一秒的总脉冲数大于100000个；其中，光纤激光器输出的激光束只采用光纤放大器进行能量放大；将上述绿光聚焦到透明材料的待加工位置，通过移动聚焦位置，实现对透明材料的加工。2.根据权利要求1所述的透明材料的加工方法，其特征在于：所述的种子激光器是光纤激光器或光纤耦合的半导体激光器。3.根据权利要求1所述的透明材料的加工方法，其特征在于：所述的移动聚焦位置通过扫描振镜实现，输出的绿光经扫描振镜后由聚焦透镜聚焦到透明材料的待加工位置，使材料发生微米量级的爆破，通过扫描振镜移动焦点的位置，使爆破点在所需加工的区域叠加从而实现加工。4.根据权利要求1所述的透明材料的加工方法，其特征在于：所述的移动聚焦位置通过改变聚焦透镜与待加工的透明材料的相对位置实现，输出的绿光经聚焦透镜聚焦到透明材料的待加工位置，使材料发生微米量级的爆破，通过移动包括激光器和透镜的光学头，或者移动待加工的透明材料，改变焦点在透明材料上的位置，使爆破点在所需加工的区域叠加从而实现加工。5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的透明材料的加工方法，其特征在于：所述透明材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋仕彬，
申请(专利权)人：杭州银湖激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33