一种贝塞尔光束激光切割系统可以包括超快激光光源、轴锥、第一透镜和第二透镜。超快光源可以配置为将光束发射到轴锥中。轴锥可以配置为将光束衍射成轴锥近场中的第一/主贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束。第一透镜可以配置为聚焦环形光束。第二透镜可以配置为将聚焦的环形光束会聚成第二/副贝塞尔光束以改性透明材料，其中由第二/副贝塞尔光束产生的改性的改性深度在透明材料内部的数十微米至几毫米的范围内。米的范围内。米的范围内。
【技术实现步骤摘要】
用于切割透明材料的具有轴锥的贝塞尔光束
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119要求2019年8月28日提交的标题为“用于玻璃切割的具有轴锥的贝塞尔光束”的专利合作条约(PCT)申请PCT/CN2019/102977的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
[0003]本公开涉及一种用于激光切割透明材料的系统，特别涉及一种利用由轴锥产生的贝塞尔光束来切割诸如玻璃的透明材料的系统。在此含义中，透明是指对于所使用的激光波长而言是透明的。其对于人眼可能是不透明的。
技术介绍
[0004]贝塞尔光束是具有扩展的景深(也称为瑞利范围)和自重构特性的非衍射激光束。扩展的景深使得能够产生具有均匀能量分布的细长焦点区域。
技术实现思路
[0005]根据一些实施方式，一种贝塞尔光束激光切割系统可以包括：超快激光光源，其配置为将光束发射到轴锥中；轴锥配置为将光束衍射成轴锥近场中的第一贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束；第一透镜，其配置为聚焦环形光束；以及第二透镜，其配置为将聚焦的环形光束会聚成第二贝塞尔光束，以改性透明材料，其中由第二贝塞尔光束产生的改性的深度在透明材料内部的数十微米至几毫米的范围内。
[0006]根据一些实施方式，一种用于透明材料的切割系统可以包括：超快激光光源，其配置为将超短激光脉冲(例如，脉冲持续时间从几飞秒到几百皮秒的激光脉冲)发射到轴锥中；轴锥配置为将超短激光脉冲衍射成轴锥近场中的第一贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束，其中第一贝塞尔光束的景深长度为在空气中的10毫米至在空气中的1米的范围内；第一透镜，其配置为聚焦环形光束；以及第二透镜，其配置为将聚焦的环形光束会聚成第二贝塞尔光束，以改性透明材料，其中第二贝塞尔光束的景深长度为在空气中的30毫米至在空气中的15毫米的范围内；并且其中第二贝塞尔光束的切割深度在透明材料中为20微米至10毫米的范围内。
[0007]根据一些实施方式，一种贝塞尔光束切割系统可以包括：光源，其配置为将光束发射到轴锥中；其中光束的直径与轴锥的净光圈相关(例如，对于1英寸轴锥的85％净光圈，直径将小于或等于22.8毫米)；轴锥配置为将输入光束衍射成轴锥近场中的第一贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束；其中轴锥的顶角配置为在100至180度的范围内；以及第一透镜和第二透镜，其配置为将环形光束缩小为第二贝塞尔光束以改性透明材料，其中第一透镜和第二透镜对环形光束的轴向放大率在1/2500至1的范围内，并且其中第二贝塞尔光束的改性深度在透明材料为在30微米至10毫米的范围内。
附图说明
[0008]图1是本文描述的示例实施方式的图。
具体实施方式
[0009]示例实施方式的以下详细描述参考附图。
[0010]在某些情况下，可以使用基于激光的切割系统来在透明材料比如玻璃中切割特定几何形状。例如，现有的基于激光的切割系统包括高像差基于激光的切割系统、基于偏振诱导的焦点偏移激光的切割系统、基于全息折射或反射激光的切割系统和/或用于在透明材料中切割孔的等。然而，在许多情况下，现有的基于激光的切割系统在透明材料中切割特定几何形状时沿切割道/轨迹(例如由喷射的透明材料颗粒构成)产生碎屑，从而影响切割的几何形状的边缘和侧壁的质量并且污染切割道周围的切割部分的表面(例如在尺寸精度、侧壁光滑度等方面)。此外，在许多情况下，现有的激光切割系统会形成热影响区域，其延伸到被切割的几何形状之外，这可能会损坏沿几何形状的切割道/轨迹的区域。
[0011]本文描述的一些实施方式提供了一种切割系统，其使用超快激光光源，该超快激光光源产生脉冲串超快激光脉冲，以产生贝塞尔光束以切割或改性诸如玻璃的透明材料。在一些实施方式中，激光切割系统可以配置为通过使用轴锥、第一透镜和第二透镜来产生贝塞尔光束。在一些实施方式中，激光光源可以配置为提供一个或多个超短激光脉冲以产生一个或多个相应的贝塞尔光束以切割透明材料。在一些实施方式中，贝塞尔光束可以配置为通过在贝塞尔光束的景深内汽化透明材料来在透明材料中切割孔，这可以防止碎屑在孔中累积并影响孔的质量。在一些实施方式中，贝塞尔光束可以配置为产生的热影响区的面积小于由现有的基于激光的切割系统产生的热影响区，这可导致对由切割系统切割的几何形状的周围区域的损害较小。
[0012]图1是本文描述的示例贝塞尔光束切割系统100的图。如图1所示，贝塞尔光束切割系统可以包括光源102、轴锥104、第一透镜106和/或第二透镜108。
[0013]光源102可以配置为将输入光束发射到轴锥104中。输入光束可以是激光束，比如具有在可见和近红外光谱中的波长范围的激光束。例如，光源102可以是高斯激光光源，其配置为将高斯激光束(例如具有高斯强度分布的激光束)发射到轴锥104中。作为另一示例，光源102可以是礼帽激光光源，其配置为将礼帽激光束(例如具有礼帽强度分布的激光束)发射到轴锥104中。光源102可以配置为将输入光束以与轴锥104的输入表面成一角度发射到轴锥104中。例如，光源102可以配置为将输入光束以与轴锥104的输入表面成90度角(例如在适当的公差内，比如两度内)发射到轴锥104中。
[0014]轴锥104可以配置为具有包括轴锥104的顶点的输出表面。轴锥104的输出表面可以由顶点的顶角来限定。例如，轴锥104的顶角可配置为在100至180度的范围内(例如顶角可配置为大于或等于100度且小于180度)。另外或可替代地，轴锥104可以不包括顶角，而是包括一个或多个衍射光学元件。
[0015]输入光束(例如由光源102发射)可以经由轴锥104的输入表面进入轴锥104，并且传播通过轴锥104(例如经由折射和/或衍射并且由于轴锥104的顶角)至轴锥104的输出表面。结果，轴锥104可以配置为从轴锥104的输出表面发射包括在轴锥104的近场110中的贝塞尔光束和轴锥104的远场112中环形光束的输出光束。贝塞尔光束可以具有景深114。环形
光束可以具有环形宽度116。从轴锥104的输出表面的输出光束的发散角取决于轴锥104的顶角。例如，轴锥104的顶角较大，导致近场110中的会聚较大且远场112中的发散较大，从而导致从轴锥104的输出表面的输出光束的发散角较大。相反，轴锥104的顶角较小，导致从轴锥104的输出表面的输出光束的发散角较小。
[0016]轴锥104可以配置成将贝塞尔光束和/或环形光束发射到第一透镜106(例如凸透镜或正透镜)的输入表面中。第一透镜106可以配置为聚焦贝塞尔光束和/或环形光束，并且从第一透镜106的输出表面发射聚焦的贝塞尔光束和/或具有环形宽度118的环形光束。
[0017]第一透镜106可以配置为距轴锥104距离120。第一透镜106的焦距可以取决于轴锥104的顶角。例如，第一透镜106应配置为具有短焦距，以使从轴锥104发射的贝塞尔光束和/或环形光束能够对于较大顶角轴锥104会聚。另外，距离120可以配置为对应于第一透镜10本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种贝塞尔光束激光切割系统，包括：超快激光光源，其配置为将光束发射到轴锥中；所述轴锥，其配置为将光束衍射成轴锥近场中的第一贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束；第一透镜，其配置为聚焦环形光束；以及第二透镜，其配置为将聚焦的环形光束会聚成第二贝塞尔光束，以改性透明材料，其中，由第二贝塞尔光束产生的改性的深度在透明材料内部的数十微米至几毫米的范围内。2.根据权利要求1所述的贝塞尔光束激光切割系统，其中：所述光束的直径为3毫米；所述轴锥的顶角配置为178度；所述第一贝塞尔光束的景深长度在空气中为190毫米；所述环形光束的环形宽度为1.5毫米；所述第一透镜和第二透镜对环形光束的轴向放大率为1/280；所述第二贝塞尔光束的景深长度在空气中为400微米；以及所述第二贝塞尔光束产生的改性的深度在透明材料中为0.3毫米。3.根据权利要求1所述的贝塞尔光束激光切割系统，其中：所述光束的直径为15毫米；所述轴锥的顶角配置为178度；所述第一贝塞尔光束的景深长度在空气中为950毫米；所述第二贝塞尔光束的景深长度在空气中为2毫米；以及所述第二贝塞尔光束产生的改性的深度在透明材料中为1毫米。4.根据权利要求1所述的贝塞尔光束激光切割系统，其中：所述光束的直径为3毫米；所述轴锥的顶角配置为178度；所述第一贝塞尔光束的景深长度在空气中为190毫米；所述环形光束的环形宽度为1.5毫米；所述第一透镜和第二透镜对环形光束的轴向放大率为1/100；所述第二贝塞尔光束的景深长度在空气中为2毫米；以及所述第二贝塞尔光束产生的改性的深度在透明材料中为1毫米。5.根据权利要求1所述的贝塞尔光束激光切割系统，其中，所述超快激光光源配置为发出脉冲串超短激光脉冲作为光束，并且其中：与脉冲串超短激光脉冲相关的脉冲串能量在100微焦耳至250微焦耳的范围内；与脉冲串超短激光脉冲相关的功率在8瓦至20瓦的范围内；以及与脉冲串超短激光脉冲相关的重复率在70千赫至80千赫的范围内。6.根据权利要求1所述的贝塞尔光束激光切割系统，其中，所述光束具有高斯强度轮廓或礼帽强度轮廓。7.根据权利要求1所述的贝塞尔光束激光切割系统，其中，所述第一透镜配置为凸透镜，并且所述第二透镜配置为凹透镜。
8.根据权利要求1所述的贝塞尔光束激光切割系统，其中，所述贝塞尔光束激光切割系统的形状因数长度小于或等于100毫米。9.一种用于透明材料的切割系统，包括：超快激光光源，其配置为将超短激光脉冲发射到轴锥中；所述轴锥配置为将超短激光脉冲衍射成轴锥近场中的第一贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束，其中，所述第一贝塞尔光束的景深长度为在空气中的10毫米至在空气中的1米的范围内；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，A奥勒，JW彼得斯，
申请(专利权)人：朗美通经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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