经PCF传输的激光加工透明材料的设备制造技术

本实用新型专利技术公开了经PCF传输的激光加工透明材料的设备，加工设备包括预切激光器、空芯PCF光学板、贝塞尔切割头、振镜和CO2激光器，所述空芯PCF光学板传输超快激光到贝塞尔切割头和振镜中，所述CO2激光器上设置有出光头，所述贝塞尔切割头、振镜和出光头均设置在能够与待加工物产生竖直和/或水平相对运动的平台上。其能够实现待加工物的全种类加工，加工速度快，效率高，加工稳定可靠，加工出来的产品质量优良。优良。优良。

【技术实现步骤摘要】
经PCF传输的激光加工透明材料的设备


[0001]本技术涉及激光加工
，具体涉及一种透明材料的激光加工设备。

技术介绍

[0002]常见透明材料(如玻璃等)的待加工物加工工序有12种之多，如切割、钻孔、抛光、刻字、铣销、切槽、内圆磨边、外圆磨边、挖缺、镂铣和倒角等。不同的加工工序具有不同的特点，精雕机在切换不同刀头的情况下，可以全部完成。但精雕机加工的崩边大；对于2mm以下的玻璃，因其强度不高，加工时易损坏，加工良率低；对于小尺寸的内部图案，刀头因尺寸过大无法加工。
[0003]激光加工通用性更强，加工速度和自动化程度更高。专利CN108381043A、CN105149773A、CN108788451A、CN109079348A、CN110695550A中的纳秒绿光、皮秒绿光和皮秒红外振镜加工工艺，可以实现玻璃等透明材料的切割、钻孔、倒角功能，类推能实现刻字、铣削、切槽、内圆磨边、挖缺、镂铣和倒角，但做不了抛光；且振镜加工方式，焦点从下往上，逐点逐层微爆破，每层进给几微米到几十微米，加工效率低，崩边偏大，约几十微米，爆破点粉尘小且多。
[0004]超快红外配合贝塞尔切割头，能够实现快速切割，通过CO2激光裂片实现无粉尘分离。超快红外配合振镜，能够快速钻孔、刻字、铣削、切槽、内圆磨边、外圆磨边、挖缺加工、镂铣加工和倒角。单独的CO2激光可以实现玻璃的抛光。因此超快红外激光配合贝塞尔切割头、振镜加工及CO2分离工艺，可以实现12项加工工序，效率更高，玻璃的加工成本更低。现有的皮秒红外配合贝塞尔切割头的空间光路，容易受到皮秒红外配合振镜加工过程中粉尘的污染，镜片会因污染吸收增大而损伤，影响设备稳定性；而且空间光路调节繁琐，移动不便，通常移动样品，对于厚度大的玻璃，移动时速度和加速度小，影响加工效率。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本技术提供了一种经PCF传输的激光加工透明材料的设备。空芯PCF将超快激光器的光直接耦合到贝塞尔切割头或振镜中，通过光纤传输激光，避免了粉尘污染光路损伤镜片。且光路即插即用，无需像空间光路一样调节，稳定性好。光纤重量轻，可以快速实现三维移动，速度和加速度大，加工效率显著提升。
[0006]本技术公开了一种经PCF传输的激光加工透明材料的设备，包括预切激光器、空芯PCF光学板(PCF，photonic crystal fiber，光子晶体光纤)、贝塞尔切割头、振镜和CO2激光器，所述空芯PCF光学板传输超快激光到贝塞尔切割头和振镜中，所述CO2激光器上设置有出光头，所述贝塞尔切割头、振镜和出光头均设置在能够与待加工物产生竖直和/或水平相对运动的平台上。
[0007]空芯PCF，可以为光子带隙类型、Kagome类型等。空芯PCF光学板作为导光臂时，较大的纤芯直径在损伤阈值或非线性效应控制方面具有优势；较小的纤芯直径支持更少的模式，其可以在输出端具有更好的光束质量。针对不同的待加工物可以选择不同的类型和尺
寸。
[0008]在空芯PCF为光子带隙类型时，光纤的纤芯直径为5
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10μm。光子带隙型的空芯PCF，空芯孔能够和周围氧化硅产生强烈的能量交叠，使纳秒激光脉冲能量限制在1mJ，亚皮秒激光脉冲能够限制在1μJ。
[0009]在空芯PCF为Kagome类型时，光纤的纤芯直径为10
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55μm。Kagome类型的空芯PCF，空间孔与周围氧化硅的能量交叠较低，能够将纳秒激光能量提高到10mJ。优选的，纤芯直径为28μm或55μm。在纤芯直径为55μm时，模场直径为44μm，并在光纤中充入He气，其能够在10m的光纤中传输700fs、1mJ脉冲能量的激光。皮秒激光比飞秒激光脉宽更大，峰值功率更低，光谱窄色散更小脉冲变化小，传输的能量更大而且脉宽稳定。
[0010]作为优选的，所述预切激光器和贝塞尔切割头或振镜之间设置有耦合模块。
[0011]作为优选的，所述耦合模块包括激光偏振控制器、PBS(polarized beam splitter，偏振分束器)、耦合透镜一和耦合透镜二，所述激光偏振控制器和PBS依次设置在预切激光器的出射光路上，所述耦合透镜一和耦合透镜二分别设置在PBS的反射光路和透射光路上。
[0012]作为优选的，所述空芯PCF光学板和贝塞尔切割头之间以及空芯PCF光学板和振镜之间分别设置准直透镜，两根所述空芯PCF光学板的起点分别位于耦合透镜一和耦合透镜二的后焦点上，终点分别位于一个准直透镜的前焦点上。
[0013]作为优选的，所述空芯PCF出光口设置有QBH标准接头(quartz block head，光纤端面配有石英块的接头)，光纤末端位于准直透镜前焦点处。
[0014]作为优选的，所述激光偏振控制器为半波片或电光调制器。
[0015]作为优选的，所述预切激光器为皮秒激光器或飞秒激光器。
[0016]作为优选的，所述皮秒激光器的波长为1064nm，光斑尺寸为1.0mm，光束质量因子M2小于1.3，出射激光的偏振方向为垂直偏振。
[0017]作为优选的，所述空芯PCF为Kagome类型。
[0018]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0019]1、本技术通过设置空芯PCF光学板使传输更加稳定，密封结构不受灰尘影响。光纤传输替代空间光路传输，省略了反射镜和扩束镜，无需周期性擦拭维护。空间飞行光路中光束发散，不同加工位置光束尺寸不同，一致性较差，而空芯PCF光学板传输系统光程相同，不同加工位置光束尺寸相同，一致性更好。光纤传输即插即用，封闭式结构，避免调试光路及使用过程中误伤人眼，安全性更高。同时，空芯PCF光学板能够跟随切割头移动，灵活传输激光，实现三维曲面切割和倒角。移动轻巧的切割头，移动速度和加速度大，加工效率高。
[0020]2、本技术通过设置预切激光器配合贝塞尔切割头，能够实现快速切割，通过CO2激光裂片实现无粉尘分离。预切激光器配合振镜，能够快速钻孔、刻字、铣削、切槽、内圆磨边、外圆磨边、挖缺加工、镂铣加工和倒角。CO2激光器可以实现玻璃的抛光。因此预切激光器配合贝塞尔切割头、振镜及CO2激光器，可以实现12项加工工序，效率更高，待加工物的加工成本更低。
附图说明
[0021]为了更清楚的说明本技术实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描
述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本技术贝塞尔切割头所在光路的结构示意图；
[0023]图2为耦合模块的光路示意图。
[0024]其中，11
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预切激光器，12
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空芯PCF光学板，13
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贝塞尔切割头，14
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Z位移轴，15...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种经PCF传输的激光加工透明材料的设备，其特征在于，包括预切激光器、空芯PCF光学板、贝塞尔切割头、振镜和CO2激光器，所述空芯PCF光学板传输超快激光到贝塞尔切割头和振镜中，所述CO2激光器上设置有出光头，所述贝塞尔切割头、振镜和出光头均设置在能够与待加工物产生竖直和/或水平相对运动的平台上。2.如权利要求1所述的经PCF传输的激光加工透明材料的设备，其特征在于，所述空芯PCF光学板包括2
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100根用于耦合激光且能够从一根切换到另外一根的空芯PCF。3.如权利要求1所述的经PCF传输的激光加工透明材料的设备，其特征在于，所述预切激光器和贝塞尔切割头之间和/或预切激光器和振镜之间设置有耦合模块。4.如权利要求3所述的经PCF传输的激光加工透明材料的设备，其特征在于，所述耦合模块包括激光偏振控制器、偏振分束器、耦合透镜一和耦合透镜二，所述激光偏振控制器和偏振分束器依次设置在预切激光器的出射光路上，所述耦合透镜一和耦合透镜二分别设置在偏振分束器的反射光路和透射光路上。5.如权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王承伟，赵裕兴，
申请(专利权)人：苏州德龙激光股份有限公司，
类型：新型
国别省市：