激光加工系统、激光加工方法及获得椭圆形光斑的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种激光加工系统、激光加工方法及获取椭圆形光斑的方法。上述激光加工系统中，通过设置第一相位调制元件及第二相位调制元件对光束的相位进行调制，在经过第一聚焦单元的聚焦后，光束在照射至待加工件上会形成焦深较大的椭圆形光斑，沿椭圆形光斑的长轴方向更容易形成裂纹，只需要合理控制椭圆形光斑的长轴方向，即可对裂纹的方向进行控制，使裂纹朝有利于对待加工件进行切割的方向发展，使待加工件不易发生崩边现象；另外，沿光线传播方向，第一切割光束在待加工件内部呈贯穿性的能量分布，如此，切割道更加均匀、锥度较小，切割断面更加平整。断面更加平整。断面更加平整。

【技术实现步骤摘要】
激光加工系统、激光加工方法及获得椭圆形光斑的方法


[0001]本专利技术涉及激光加工
，特别是涉及一种激光加工系统、激光加工方法及获得椭圆形光斑的方法。

技术介绍

[0002]激光加工因其非接触、操作简单、灵活性高等特点而被广泛应用于蓝宝石、玻璃等透明脆性材料的加工。
[0003]然而，常规的激光加工技术中多采用高斯光束进行钻孔、切割等操作，利用高斯光束切割形成的切割道两侧通常会产生不规则的裂纹，由于裂纹不可控，会进一步导致脆性材料在裂片的过程中发生崩边现象；而且，高斯光束切割得到的断面锥度较大，使得断面不平整。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种裂纹方向可控、且断面较为平整的激光加工系统。同时还提供了一种激光加工方法及获得椭圆形光斑的方法。
[0005]一种激光加工系统，包括第一加工组件，所述第一加工组件发出的第一切割光束能够在待加工件上形成椭圆形光斑，并对待加工件进行激光加工；
[0006]所述第一加工组件包括沿光线传播方向依次设置的第一激光器、第一扩束准直单元、第一相位调制元件、第二相位调制元件及第一聚焦单元；入射光束被所述第一相位调制元件分为第一激光束及第二激光束，所述第一激光束与所述第二激光束的相位差为π；所述第二相位调制元件能够延长光束的焦深，所述第一聚焦单元能够对光束进行聚焦。
[0007]上述激光加工系统中，通过设置第一相位调制元件及第二相位调制元件对光束的相位进行调制，在经过第一聚焦单元的聚焦后，光束在照射至待加工件上会形成焦深较大的椭圆形光斑，沿椭圆形光斑的长轴方向更容易形成裂纹，只需要合理控制椭圆形光斑的长轴方向，即可对裂纹的方向进行控制，使裂纹朝有利于对待加工件进行切割的方向发展，使待加工件不易发生崩边现象；另外，沿光线传播方向，第一切割光束在待加工件内部呈贯穿性的能量分布，如此，切割道更加均匀、锥度较小，切割断面更加平整。
[0008]一种激光加工方法，包括以下步骤：
[0009]提供待加工件；
[0010]提供第一加工组件，使第一加工组件发出的第一切割光束能够在待加工件上形成椭圆形光斑；
[0011]使第一切割光束沿预定加工路径对待加工件执行加工，以得到切割道。
[0012]上述激光加工方法中，通过利用第一加工组件在待加工件上形成的焦深较大的椭圆形光斑，从而对椭圆形光斑中更容易形成裂纹的长轴方向进行控制，从而达到对裂纹方向进行控制的目的，使裂纹朝有利于对待加工件进行切割的方向发展，使待加工件不易发生崩边现象；另外，沿光线传播方向，第一切割光束在待加工件内部呈贯穿性的能量分布，
如此，切割道更加均匀、锥度较小，切割断面更加平整。
[0013]一种获得椭圆形光斑的方法，包括以下步骤：
[0014]获取第一初始激光；
[0015]对第一初始激光进行扩束准直得到入射光束；
[0016]对入射光束进行相位调制，得到相位差为π的第一激光束与第二激光束；
[0017]对第一激光束进行相位调制，得到第三激光束；对第二激光束进行相位调制，得到第四激光束；第三激光束与第四激光束均呈环带式分布，且相邻环带半径差相同，每一个环带内相位呈0～2π线性变化，在相同半径的环带上，所述第三激光束与所述第四激光束的相位差为π；
[0018]对第三激光束与第四激光束进行聚焦，得到第一切割光束；
[0019]将第一切割光束在待加工件上投影得到椭圆形光斑。
[0020]上述获得椭圆形光斑的方法中，通过对入射光束的相位进行两次调制处理，如此，在经过聚焦之后就可以得到焦深较大的椭圆形光斑。通过对椭圆形光斑中更容易形成裂纹的长轴方向进行控制，从而达到对裂纹方向进行控制的目的，使裂纹朝有利于对待加工件进行切割的方向发展，使待加工件不易发生崩边现象；另外，沿光线传播方向，第一切割光束在待加工件内部呈贯穿性的能量分布，如此，切割道更加均匀、锥度较小，切割断面更加平整。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一实施例的激光加工系统的结构示意图；
[0022]图2为图1中所示第一加工组件发出的第一切割光束在待加工件上得到的椭圆形光斑与加工路径的关系示意图；
[0023]图3中：(a)为未设置第一相位调制元件时入射光束经过第一聚焦单元所得到的圆形光斑示意图；(b)为设置第一相位调制元件时入射光束经过第一相位调制元件、第一聚焦单元所得到的椭圆形光斑示意图；(c)为未设置第一相位调制元件时入射光束经过第二相位调制元件、第一聚焦单元所得到的圆形光斑的形貌图；(d)为设置第一相位调制元件时入射光束经过第一相位调制元件、第二相位调制单元件、第一聚焦单元所得到的椭圆形光斑的形貌图；
[0024]图4为设置第二相位调制元件时第一切割光束的焦深能量分布图；
[0025]图5中：(a)入射光束经过第一相位调制元件及第二相位调制元件后的相位分布图；(b)为未设置第一相位调制元件及第二相位调制元件时待加工件上得到的切割道的效果图；(c)为设置第一相位调制元件及第二相位调制元件时待加工件上得到的切割道的效果图；(d)为设置第一相位调制元件及第二相位调制元件的激光切割系统对待加工件完成两次加工后切割断面的效果图；
[0026]图6为本专利技术一实施例的激光加工方法的流程图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发
明。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0028]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0030]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光加工系统，其特征在于，包括第一加工组件，所述第一加工组件发出的第一切割光束能够在待加工件上形成椭圆形光斑，并对待加工件进行激光加工；所述第一加工组件包括沿光线传播方向依次设置的第一激光器、第一扩束准直单元、第一相位调制元件、第二相位调制元件及第一聚焦单元；入射光束被所述第一相位调制元件分为第一激光束及第二激光束，所述第一激光束与所述第二激光束的相位差为π；所述第二相位调制元件能够延长光束的焦深，所述第一聚焦单元能够对光束进行聚焦。2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，在与所述入射光束相垂直的平面上，所述第一激光束的投影与所述第二激光束的投影之间的分割线为直线，所述分割线的方向与椭圆形光斑的短轴方向平行。3.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述第一加工组件包括运动单元，所述运动单元能够带动所述第一相位调制元件以所述入射光束的光轴为转轴作旋转运动。4.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述第一相位调制元件包括第一透光部，所述第一透光部具有与所述入射光束平行的连接面，所述连接面构成所述第一激光束与所述第二激光束的分界；一部分所述入射光束透过所述第一透光部得到相位改变的所述第一激光束；还包括下述方案中的任意一个：所述第一相位调制元件包括与所述第一透光部连接的第二透光部，所述第二透光部连接于所述连接面上，另一部分所述入射光束透过所述第二透光部得到相位改变的所述第二激光束；所述第一相位调制元件包括与所述第一透光部连接的第二透光部，所述第二透光部连接于所述连接面上，另一部分所述入射光束透过所述第二透光部得到相位不变的所述第二激光束；另一部分所述入射光束直接形成相位不变的所述第二激光束。5.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述第二相位调制元件对第一激光束进行相位调制，得到第三激光束，对第二激光束进行相位调制，得到第四激光束；第三激光束与第四激光束均呈环带式分布，且相邻环带半径差相同，每一个环带内相位呈0～2π线性变化，在相同半径的环带上，所述第三激光束与所述第四激光束的相位差为π。6.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述第二相位调制元件为能够得到Bessel光束的光学元件。7.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，还包括下述方案中的至少一个：所述第一激光器为超短脉冲激光器；所述第一激光器发出的第一初始激光为高斯光束；所述第一激光器发出的第一初始激光的波长为300～1100nm，脉宽小于50ps，单脉冲能量大于50μJ，脉冲重复频率为1～300KHz。8.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统包括第二加工组件，所述第一加工组件发出的第一切割光束能够对待加工件执行第一次加工，第二加工组件发出的第二切割光束能够对待加工件执行第二次加工。9.根据权利要求8所述的激光加工系统，其特征在于，所述第二加工组件包括沿光线传播方向依次设置的第二激光器、第二扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小军，任莉娜，李一龄，曾志刚，卢建刚，邱越渭，苑学瑞，孙杰，尹建刚，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：