一种激光分束加工设备制造技术

本发明专利技术提供一种激光分束加工设备，涉及激光加工技术领域。激光分束加工设备包括激光器、衍射分束器和f

【技术实现步骤摘要】
一种激光分束加工设备


[0001]本专利技术涉及激光加工
，具体而言，涉及一种激光分束加工设备。

技术介绍

[0002]在激光加工
，常用f
‑
θ镜头配合振镜进行加工，或者使用聚焦镜头配合电机进行加工，这些加工过程中，特别是使用聚焦镜头配合电机进行加工的，对于需要进行反复多次划线的加工场景，加工速率较慢。
[0003]为了提高加工的速率，常用衍射分束
‑
聚焦的方法实现多光束同步加工。对于常规的聚焦镜头，点间距(h
m
‑
h
m
‑1)是一个与衍射级次m有关的量，当入射光束与聚焦透镜组轴线的夹角θ很小的时候，相邻聚焦光斑之间的间距近似相等；但是随着θ角度的增大，点间距则会出现较大偏差；并且此类聚焦镜头一般不具备平场性，焦平面是一个弧形面。也有使用标准f
‑
θ镜头进行聚焦的，此类镜头虽然具有较大的视场和良好的平场性，但点间距也是一个与衍射级次m有关的量，当θ角度很小的时候，m的作用不明显，相邻聚焦光斑之间的间距近似相等；但是随着θ角度的增大，m的作用逐渐明显，点间距则会出现较大偏差。
[0004]可见，目前激光加工所用的镜头以普通聚焦镜头和标准f
‑
θ镜头为主，用于多光束分束时，线间距误差过大，不能满足精密多光束加工的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的包括提供一种激光分束加工设备，实现精密多光束加工，保持各个子光束聚焦光斑之间的距离具有很好的精度。<br/>[0006]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0007]本专利技术提供一种激光分束加工设备，激光分束加工设备包括：
[0008]激光器，用于发射激光光束；
[0009]衍射分束器，用于接受激光光束，并将激光光束分成多束子光束；
[0010]f
‑
sinθ聚焦透镜组，用于接受多束子光束，对子光束进行聚焦，并控制子光束在焦平面上的位置；
[0011]其中，衍射分束器输出的各级子光束满足布拉格方程：2dsinθ＝mλ，f
‑
sinθ聚焦透镜组满足成像关系：h＝f*sinθ，其中，d为分束器周期常数，θ为入射光束与所述f
‑
sinθ聚焦透镜组轴线的夹角，m为衍射光束级次，λ为所用的激光波长，h为聚焦光斑与所述f
‑
sinθ聚焦透镜组轴线的距离；f为f
‑
sinθ聚焦透镜组的焦距。
[0012]本专利技术实施例提供的激光分束加工设备的有益效果包括：
[0013]1.因为衍射分束器输出的各级子光束满足布拉格方程：2dsinθ＝mλ，h与θ之间满足h＝f*sinθ，所以在此成像关系下，h与衍射光束级次m之间满足：h
m
＝f*sinθ
m
＝f*sin(arcsinmλ/2d)＝f*mλ/2d，这样，点间距d＝h
m
‑
h
m
‑1＝fλ/2d，是一个与衍射光束级次m、θ无关的常量，说明随着入射光束级次的增加，聚焦光斑之间的距离保持相等，能保持较好的光斑间距精度，聚焦光斑均具有一致的聚焦效果和聚焦尺寸，进行激光多光束加工时满足精
密多光束加工的需求；
[0014]2.使用上述f
‑
sinθ聚焦透镜组，配合衍射分束器进行激光分束加工，光学系统具有集成度高、结构紧凑、稳定、加工精度高以及加工效率高的特点。
[0015]在可选的实施方式中，f
‑
sinθ聚焦透镜组包括扫描场镜、球面聚焦透镜组、非球面透镜组中的任意一种。
[0016]在可选的实施方式中，f
‑
sinθ聚焦透镜组包括三片或四片球面透镜。
[0017]在可选的实施方式中，f
‑
sinθ聚焦透镜组包括依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜为负双凹透镜，第二透镜为凹面朝向入射侧的负弯月透镜，第三透镜为正双凸透镜，第四透镜为正双凸透镜。
[0018]这样，f
‑
sinθ聚焦透镜组的四片透镜的光焦度分布为：负负正正，这样的光焦度分布能较好的校正系统场曲，使聚焦面具有较好的平场性，有益于材料加工，而且，第二透镜的凹面朝向入射方向，有利于引入桶形畸变，从而校正整个视场畸变量。
[0019]在可选的实施方式中，激光分束加工设备还包括：
[0020]激光光束整形器，设置在激光器与衍射分束器之间。
[0021]在可选的实施方式中，激光分束加工设备还包括：
[0022]间距调节模块，设置在衍射分束器与f
‑
sinθ聚焦透镜组之间，间距调节模块用于调节多束子光束之间的间距。
[0023]这样，通过间距调节模块能够灵活调节多束子光束之间的间距，间距调节模块可以是固定倍率的透镜组，也可以是可变倍率的透镜组，还可以是可编程的空间光调制器。
[0024]在可选的实施方式中，间距调节模块包括固定倍率的透镜组、可变倍率的透镜组或可编程的空间光调制器中的任意一种。
[0025]在可选的实施方式中，激光分束加工设备还包括：
[0026]扩束镜，设置在激光器与衍射分束器之间，扩束镜用于调节激光光束的光束直径和发散角；和/或，
[0027]滤波掩膜板，设置在f
‑
sinθ聚焦透镜组的出光侧，滤波掩膜板用于对激光光束进行滤光处理。
[0028]其中，扩束镜可以是手动调节的，也可以是电动调节的。激光器发射的激光光束经过扩束镜适当地扩束后，经过衍射分束器被分成所需的子光束，这些子光束经过间距调整模块，然后被f
‑
sinθ聚焦透镜组聚焦到焦平面进行加工。
[0029]在可选的实施方式中，激光器包括固体激光器、气体激光器、半导体激光器、染料激光器或光纤激光器中的任意一种，衍射分束器为衍射光学元件或可编程的空间光调制器。
[0030]当然，激光器可以是单模激光器，也可以是多模激光器。衍射分束器的最小分束数量为1，最大分束数量视具体加工所需的数量而定。
[0031]在可选的实施方式中，f
‑
sinθ聚焦透镜组的最大视场为
±
25
°
,衍射分束器的分束数量范围大于1，f
‑
sinθ聚焦透镜组的焦距f的范围为：100mm～500mm。
[0032]在可选的实施方式中，多束子光束中相邻两束子光束之间的距离差不超过0.01mm；和/或相邻两束子光束的间隔范围为：0.5mm～20mm；和/或多束子光束的平行度偏差小于0.02
°
；和/或至少两束子光束的能量差不超过10％。
[0033]当然，相邻两束子光束之间的距离也可以视具体加工所需的间隔而定。多束子光束在待加工上基板上的多个激光光斑的尺寸视具体加工所需而定，可以为方形，也可以为圆形；激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光分束加工设备，其特征在于，所述激光分束加工设备包括：激光器(1)，用于发射激光光束；衍射分束器(4)，用于接受所述激光光束，并将所述激光光束分成多束子光束；f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)，用于接受多束所述子光束，对所述子光束进行聚焦，并控制所述子光束在焦平面上的位置；其中，所述衍射分束器(4)输出的各级所述子光束满足布拉格方程：2dsinθ＝mλ，所述f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)满足成像关系：h＝f*sinθ，其中，d为分束器周期常数，θ为入射光束与所述f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)轴线的夹角，m为衍射光束级次，λ为所用的激光波长，h为聚焦光斑与所述f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)轴线的距离；f为所述f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)的焦距。2.根据权利要求1所述的激光分束加工设备，其特征在于，所述f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)包括扫描场镜、球面聚焦透镜组、非球面透镜组中的任意一种。3.根据权利要求1所述的激光分束加工设备，其特征在于，所述f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)包括三片或四片球面透镜。4.根据权利要求1所述的激光分束加工设备，其特征在于，所述f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)包括依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为负双凹透镜，所述第二透镜为凹面朝向入射侧的负弯月透镜，所述第三透镜为正双凸透镜，所述第四透镜为正双凸透镜。5.根据权利要求1所述的激光分束加工设备，其特征在于，所述激光分束加工设备还包括：激光光束整形器，设置在所述激光器(1)与所述衍射分束器(4)之间。6.根据权利要求1～5任一项所述的激光分束加工设备，其特征在于，所述激光分束加工设备还包括：间距调节模块(5)，设置在所述衍射分束器(4)与所述f
‑
sinθ聚焦透镜组(6)之间，所述间距调节模块(5)用于调节多束所述子光束之间的间距。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓伟，牛永强，陆红艳，朱凡，
申请(专利权)人：帝尔激光科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：