【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光，更具体地，涉及一种环形斑激光加工系统。
技术介绍
1、近年来随着新能源行业日益蓬勃的需求，对前端激光加工技术提出了更高的要求。受限于材料吸收因素，传统的红外激光器对高反材料的吸收率很低，在焊接切割及其他精密应用中易存在飞溅，效率低，功率受限于单模块功率等诸多问题，已不能满足铜材料等高反材料的焊接及切割。
2、绿光激光器和紫外激光器凭借着铜材对绿光、紫外光束的高吸收特性，相较于红外激光器，具有明显优势，尤其是在超精度激光加工应用领域，只有紫外激光才能满足激光加工要求。但是，绿光激光器、紫外激光器和红外激光器的激光束一样是高斯分布，在激光加工时，加工中心的温度过高，还是可能导致加工过程中产生飞溅而损坏加工工件周围的电子元件，同时，由于加工过程中加工中心和周围出现较大温度差，形成温度梯度，使得工件受热不均匀，导致工件容易出现变形、气泡以及裂纹等各种问题。
3、基于此，有必要专利技术一种环形斑激光加工系统，该激光加工系统输出光为红外、绿光和紫外光的复合光，复合光输出形式为环形光斑输出，能量呈近高斯分布(加工中心和周围的温度差降低)，可大幅提升加工效率，同时减少飞溅。
4、当前较为常见的环形光辅助加工系统包括两种，一种是直接另外再设置一个或者多个环形光激光器，形成环形光斑进行辅助加工；还有一种是ipg创设的具有环形光纤的激光器加工系统，具体为所述激光器的光纤结构包括中心光纤和环形光纤两部分，通过激光器分别控制中心光纤和环形光纤形成中央光束和环形光束，中央光束进行激光加工，环形光束进行
5、基于此，有必要专利技术一种结构简单、成本低廉、操控方便、光斑质量优良可以用于超高精度工业加工的激光加工系统，同样也可以减轻激光加工过程中出现工件卷曲、飞溅、气泡和裂纹等问题。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种环形斑激光加工系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种环形斑激光加工系统，包括激光光源、半波片、第一激光晶体、第二激光晶体、第一分色镜、第二分色镜、第一透镜、第二透镜、第三分色镜、第三透镜、第四透镜、第四分色镜、第五分色镜、第六分色镜、振镜机构、目标工件、平台。
3、激光光源主要是用于输出1000～1100nm的红外光作为基频光束。
4、半波片主要作用是对从激光光源中输出的基频光束的偏振方向进行调节。
5、第一激光晶体为lbo/bbo或其他倍频晶体，用于对基频光束进行频率转换，当1000～1100nm基频光穿过该晶体且功率密度达到非线性阈值时，会产生相应的二次谐波，即倍频光，产生的倍频光的光频率为基频光的一半，此时产生的即为500～550nm的绿光。
6、第二激光晶体为lbo/bbo或其他倍频晶体，用于对1000～1100nm基频光束和500～550nm倍频光的双波光束再次进行频率转换，转换后输出光频率是基频光的3倍，此时产生的即为330～367nm的紫外光。
7、第一分色镜主要通过镀有500～550nm和1000～1100nm的高反膜，同时镀330～367nm的增透膜的方式，对经第一激光晶体和第二激光晶体变换之后产生的330～367nm的紫外光与残余的500～550nm激光、1000～1100nm基频光进行分离。分离后的330～367nm的激光为第二激光光束，残余的500～550nm和1000～1100nm的激光为第三激光光束。
8、所述第一分色镜的反射激光的后方设有第二分色镜，第二分色镜主要用于对经由第一分色镜反射后的500～550nm和1000～1100nm的第三激光光束进行分离成500～550nm的第四激光光束和1000～1100nmnm的第五激光光束，对500～550nm的第四激光光束进行反射转向，将1000～1100nm的第五激光光束通过穿透第二分色镜的方式分离出来。
9、所述第一透镜和第二透镜设于第二分色镜反射激光的后方方向上，所述第一透镜对经第二分色镜反射后的500～550nm的第四激光光束进行发散调节，所述第二透镜用于对经第一透镜发散后的光束进行准直调节，第一透镜和第二透镜构成了第一透镜组，对第四激光光束进行光束尺寸的定倍放大。
10、所述第二分色镜的透射激光的后方设有第三分色镜，所述第三分色镜主要用于反射1000～1100nmnm的第五激光光束，对1000～1100nmnm的第五激光光束进行反射转向。
11、所述第三透镜和第四透镜设于第三分色镜反射激光的后方方向上，所述第三透镜对1000～1100nmnm的第五激光光束进行发散调节，所述第四透镜用于对经第三透镜发散后的光束进行准直调节，第三透镜和第四透镜构成了第二透镜组，对第五激光光束进行光束尺寸的定倍放大。
12、所述第四分色镜设于第四透镜的后方，将第五激光光束进行反射转向。
13、所述第五分色镜设于第四分色镜的反射方向的后方和第二透镜的透射方向的后方，将第四激光光束和第五激光光束调节至同一激光输出方向进行合束，合束后的激光为第六激光光束。
14、所述第六分色镜设于第五分色镜的反射方向的后方和第一分色镜的透射方向的后方，将第二激光光束和第六激光光束调节至同一激光输出方向进行合束，合束后的激光为合束光束。
15、所述第六分色镜的后方设有振镜机构，所述振镜机构，主要用于对由第六分色镜传输来的三波复合的合束光束进行整合，使第二激光光束、第四激光光束和第五激光光束按照生产要求作用在目标工件上。
16、所述目标工件为需要被加工的元件。
17、所述平台主要用于对目标工件进行承载或夹持和移动，以方便对目标工件的加工。
18、本申请提供的环形斑激光加工系统，只需要采用一个激光光源即可生成三波复合激光，实现超高精度的复合激光加工效果,在加工过程中，主力激光可以采用330～367nm紫外激光和/或500～550nm的绿光激光，该系统输出的紫外激光光束分布呈环形分布，位于中央内环区域，绿光激光位于中环区域，可以用于主力激光加工或者辅助加热。辅助激光采用1000～1100nm的红外光，位于外环区域(外环区域覆盖内环区域)，主要用于对目标工件工作区进行预热和热过渡，用于提升紫外激光和/或绿光激光的加工效率。内环区域功率密度高于中环区域，中环区域功率密度高于外环区域，在工作过程中，内环能量密度高，对工件完成热熔加工，中环区域可以用于热熔加工或者辅助加热，根据实际生产需要设置，外环区域因功率密度低，不进行加工，整个过程效率高，飞溅极小，加工区域迅速完成加工，非目标加工区域热影响小，极大地提高工件加工精度、良率和效率，尤其适用于超高精度工业激光加工领域，且激光器的光光转化效率极高，基本无其他能量损失，极大的提高了能源利用，生产制造成本也会更低廉。
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1.一种环形斑激光加工系统，其特征在于,包括：激光光源(1)、半波片(2)、第一激光晶体(3)、第二激光晶体(4)、第一分色镜(5)、第一透镜(9)、第二透镜(10)、第二分色镜(6)、第三透镜(12)、第四透镜(13)、第三分色镜(7)、第四分色镜(11)、第五分色镜(14)、第六分色镜(15)、振镜机构(17)、目标工件(18)、平台(19)；
2.根据权利要求1所述的环形斑激光加工系统，其特征在于,所述第一透镜组对光斑的放大倍数小于第二透镜组的放大倍数，且放大倍数大于1，第二激光光束(L2)的输出光斑直径为r1，第四激光光束(L4)的输出光斑直径为r2，第五激光光束(L5)的输出光斑直径为r3，满足r3>r2>r1的关系。
3.根据权利要求1所述的环形斑激光加工系统，其特征在于,通过改变第一激光晶体(3)和/或第二激光晶体(4)的转换效率调节第二激光光束(L2)、第四激光光束(L4)和第五激光光束(L5)的功率密度。
4.根据权利要求1所述的环形斑激光加工系统，其特征在于，所述半波片(2)上镀1000-1100nm增透膜，所述
5.根据权利要求2所述的环形斑激光加工系统，其特征在于,所述第五分色镜(14)通过镀1000～1100nm的增透膜和500～550nm的高反膜的方式将第四激光光束(L4)和第五激光光束(L5)调节至同一激光输出方向，所述第六分色镜(15)通过镀500～550nm和1000～1100nm高反膜和330～367nm增透膜方式将第二激光光束(L2)、第四激光光束(L4)和第五激光光束(L5)调节至同一激光输出方向。
6.根据权利要求5所述的环形斑激光加工系统，其特征在于,还包括窗口片(20)，所述窗口片(20)位于第六分色镜(15)和振镜机构(17)之间，主要用于对环形斑激光加工系统的密封。
7.根据权利要求6所述的环形斑激光加工系统，其特征在于,还包括第五透镜(8)，所述第五透镜(8)位于激光光源(1)和半波片(2)之间，用于对基频光束L进行能量会聚。
8.如权利要求2所述的环形斑激光加工系统，其特征在于，还包括第七分色镜(16)，所述第七分色镜(16)上镀330～367nm高反膜、500～550nm高反膜和1000～1100nm高反膜，所述第六分色镜(15)通过镀330～367nm高反膜和1000～1100nm、500～550nm增透膜的方式将第二激光光束(L2)、第四激光光束(L4)和第五激光光束(L5)调节至同一激光输出方向。
9.如权利要求8所述的环形斑激光加工系统，其特征在于，还包括窗口片(20)，所述窗口片(20)位于第六分色镜(15)和第七分色镜(16)之间。
10.如权利要求9所述的环形斑激光加工系统，其特征在于，还包括第五透镜(8)，所述第五透镜(8)位于激光光源(1)和半波片(2)之间。
...【技术特征摘要】
1.一种环形斑激光加工系统，其特征在于,包括：激光光源(1)、半波片(2)、第一激光晶体(3)、第二激光晶体(4)、第一分色镜(5)、第一透镜(9)、第二透镜(10)、第二分色镜(6)、第三透镜(12)、第四透镜(13)、第三分色镜(7)、第四分色镜(11)、第五分色镜(14)、第六分色镜(15)、振镜机构(17)、目标工件(18)、平台(19)；
2.根据权利要求1所述的环形斑激光加工系统，其特征在于,所述第一透镜组对光斑的放大倍数小于第二透镜组的放大倍数，且放大倍数大于1，第二激光光束(l2)的输出光斑直径为r1，第四激光光束(l4)的输出光斑直径为r2，第五激光光束(l5)的输出光斑直径为r3，满足r3>r2>r1的关系。
3.根据权利要求1所述的环形斑激光加工系统，其特征在于,通过改变第一激光晶体(3)和/或第二激光晶体(4)的转换效率调节第二激光光束(l2)、第四激光光束(l4)和第五激光光束(l5)的功率密度。
4.根据权利要求1所述的环形斑激光加工系统，其特征在于，所述半波片(2)上镀1000-1100nm增透膜，所述第一激光晶体(3)上靠近半波片(2)的一侧镀1000-1100nm增透膜，远离半波片(2)的一侧镀500～550nm和1000-1100nm增透膜，所述第二激光晶体(4)上靠近第一激光晶体(3)的一侧镀500～550nm和1000-1100nm增透膜，远离第一激光晶体(3)的一侧镀330～367nm、500～550nm和1000-1100nm增透膜。
5.根据权利要求2所述的环形斑激光加工系统，其特征在于,所述第五...
【专利技术属性】
技术研发人员：张成宝，张帆，黄国溪，
申请(专利权)人：深圳公大激光有限公司，
类型：发明
国别省市：
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