基于激光光束的微孔加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于激光光束的微孔加工装置及方法，该装置包括：径向偏振光束生成单元，用于将激光光束转换为径向偏振光束，并将所述径向偏振光束发射至衍射光学元件；所述衍射光学元件，用于调制所述径向偏振光束的振幅和相位，并将调制后的所述径向偏振光束发射至聚焦透镜；所述聚焦透镜，用于将调制后的所述径向偏振光束进行聚焦，在所述聚焦透镜的焦点附近获取所述径向偏振光束的聚焦场，所述聚焦场的强度分布由所述衍射光学元件的结构和所述聚焦透镜的数值孔径确定，通过控制所述聚焦场的强度分布对待加工的材料进行微孔加工。本发明专利技术实施例可加工大深径比的微孔且提高了微孔的切割速度和效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，特别涉及一种。
技术介绍
在一些精密光机电系统上，需要加工孔径小且深径比大的微孔，微孔孔径在亚毫米量级，深径比大于10。现有技术中的微孔加工方法(如机械钻孔、电火花打孔、电化学打孔等方法)都无法高质量加工这类微孔，因此非常迫切需要开发一种小孔径且大深径比的微孔加工技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，实现小孔径且大深径比的微孔加工，同时提高微孔的切割速度和效率。本专利技术实施例提供一种基于激光光束的微孔加工装置，包括径向偏振光束生成单兀，用于将激光光束转换为径向偏振光束,并将所述径向偏振光束发射至衍射光学元件；所述衍射光学元件，用于调制所述径向偏振光束的振幅和相位，并将调制后的所述径向偏振光束发射至聚焦透镜；所述聚焦透镜，用于将调制后的所述径向偏振光束进行聚焦，在所述聚焦透镜的焦点附近获取所述径向偏振光束的聚焦场，所述聚焦场的强度分布由所述衍射光学元件的结构和所述聚焦透镜的数值孔径确定，通过控制所述聚焦场的强度分布对待加工的材料进行微孔加工。本专利技术实施例还提供一种基于激光光束的微孔加工方法，包括通过径向偏振光束生成单兀将激光光束转换为径向偏振光束；通过所述衍射光学元件调制所述径向偏振光束的振幅和相位；通过所述聚焦透镜将调制后的所述径向偏振光束进行聚焦，在所述聚焦透镜的焦点附近获取所述径向偏振光束的聚焦场，所述聚焦场的强度分布由所述衍射光学元件的结构和所述聚焦透镜的数值孔径确定；通过控制所述聚焦场的强度分布对微孔进行加工。本专利技术提供的，通过调控衍射光学元件的结构和聚焦透镜的数值孔径可以调控光束聚焦场的强度分布，因此可以根据微孔的深度和孔径设置合适的聚焦场的强度分布，并且由于从径向偏振光束可以获得长焦深超小的聚焦光斑，且聚焦光场具有柱对称偏振分布，因此通过控制聚焦光斑即可灵活地控制微孔的切割深度与宽度的比值，同时提高了微孔的切割速度和效率。 附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本专利技术实施例所使用的径向偏振光束在横截面上的偏振分布示意图；图2为本专利技术基于激光光束的微孔加工装置一个实施例的结构示意图；图3为本专利技术基于激光光束的微孔加工装置又一个实施例的结构示意图；图4为本专利技术基于激光光束的微孔加工装置再一个实施例的结构示意图；图5为根据图4所示实施例中的衍射光学元件的结构示意图；图6为根据图4所示实施例一个透过率函数的聚焦整形后的光场强度分布的示意图；图7为根据图4所示实施例又一个透过率函数的聚焦整形后的光场强度分布的示意图；图8为根据图4所示实施例再一个透过率函数的聚焦整形后的光场强度分布的示意图；图9为本专利技术基于激光光束的微孔加工方法一个实施例的流程示意图。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图I为本专利技术实施例所使用的径向偏振光束在横截面上的偏振分布示意图；如图I所示，在光束横截面上，径向偏振光束的任意一点(中心点除外)的偏振态都为线偏振，而且径向偏振光束的电场矢量沿半径方向；径向偏振光束是目前应用最为广泛的一种矢量光束，现有技术中有很多方法生成径向偏振光束，例如在激光腔内加入特定的光学元件调制振荡模式输出径向偏振光束，利用干涉仪通过模式叠加生成，以及在激光腔外通过某些偏振转换器件将空间均勻的线偏振光或圆偏振光转换为径向偏振光。径向偏振光束在高数值孔径聚焦的情况下，可以得到一圆对称的超小聚焦光斑，除了横向分量，还产生了一个较强的轴向光场分量；进一步地，聚焦场的偏振分布依然关于光束的传播轴柱对称分布。通过调控聚焦场的强度分布，可以获得多种独特的光场分布。图2为本专利技术基于激光光束的微孔加工装置一个实施例的结构示意图，如图2所示，本专利技术实施例包括径向偏振光束生成单元21、衍射光学元件22、聚焦透镜23、待加工的材料20。具体地,径向偏振光束生成单7Π 21将激光光束转换为径向偏振光束,并将径向偏振光束发射至衍射光学元件22 ;衍射光学元件(Diffractivc Optical Element,简称为DOE) 22调制该径向偏振光束的振幅和相位，并将调制后的径向偏振光束发射至聚焦透镜 23 ;聚焦透镜23将调制后的径向偏振光束进行聚焦，在聚焦透镜23的焦点附近获取径向偏振光束的聚焦场，聚焦场的强度分布由衍射光学元件22的结构和聚焦透镜23的数值孔径确定，通过控制聚焦场的强度分布对待加工的材料20进行微孔加工。本专利技术实施例提供的基于激光光束的微孔加工装置，通过调控衍射光学元件22的结构和聚焦透镜23的数值孔径可以调控光束聚焦场的强度分布，因此可以根据微孔的深度和孔径设置合适的聚焦场的强度分布，并且由于从径向偏振光束可以获得长焦深超小的聚焦光斑，且聚焦光场具有柱对称偏振分布，因此通过控制聚焦光斑即可灵活地控制微孔的切割深度与宽度的比值，同时提高了待加工的材料20的切割速度和效率。图3为本专利技术基于激光光束的微孔加工装置又一个实施例的结构示意图；如图3所示，本专利技术实施例中的径向偏振光束生成单元31具体包括腔内设置有设定的光学元件的激光器311、空间滤波系统312、准直透镜313、可调衰减片315 ;在径向偏振光束生成单元31与衍射光学元件32之间还设置有扩束系统34。具体地，腔内设置有设定的光学元件的激光器311利用光学元件调制腔内振荡模式使激光器311输出径向偏振光,激光器311将该径向偏振光束发射至空间滤波系统312 ；空间滤波系统312对该径向偏振光束进行滤波，并将滤波后的径向偏振光束发射至准直透镜313 ;准直透镜313对滤波后的径向偏振光束进行准直，形成准直的径向偏振光束，并将该准直的径向偏振光束发射至可调衰减片315，可调衰减片315可以调节该径向偏振光束的强度，之后可调裳减片315将该径向偏振光束发射至扩束系统34,该扩束系统34调整径向偏振光束的光斑尺寸，并将调整后的径向偏振光束发射至衍射光学兀件32。衍射光学元件32调制该径向偏振光束的振幅和相位，并将调制后的径向偏振光束发射至聚焦透镜33 ;聚焦透镜33将调制后的径向偏振光束进行聚焦，在聚焦透镜33的焦点附近获取径向偏振光束的聚焦场，聚焦场的强度分布由衍射光学元件32的结构和聚焦透镜33的数值孔径确定，通过控制聚焦场的强度分布对待加工的材料30进行微孔加工。本专利技术实施例提供的基于激光光束的微孔加工装置，通过调控衍射光学元件32的结构和聚焦透镜33的数值孔径可以调控光束聚焦场的强度分布，因此可以根据微孔的深度和孔径设置合适的聚焦场的强度分布，并且由于从径向偏振光束可以获得长焦深超小的聚焦光斑，且聚焦光场具有柱对称偏振分布，因此通过控制聚焦光斑即可灵活地控制微孔的切割深度与宽度的比值，同时提高了待加工的材料30的切割速度和效率。进一步地，在上述图3所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光光束的微孔加工装置，其特征在于，所述装置包括 径向偏振光束生成单兀，用于将激光光束转换为径向偏振光束，并将所述径向偏振光束发射至衍射光学元件； 所述衍射光学元件，用于调制所述径向偏振光束的振幅和相位，并将调制后的所述径向偏振光束发射至聚焦透镜； 所述聚焦透镜，用于将调制后的所述径向偏振光束进行聚焦，在所述聚焦透镜的焦点附近获取所述径向偏振光束的聚焦场，所述聚焦场的强度分布由所述衍射光学元件的结构和所述聚焦透镜的数值孔径确定，通过控制所述聚焦场的强度分布对待加工的材料进行微孔加工。2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述径向偏振光束生成单元包括 激光器，用于生成激光光束，并将所述激光光束发射至空间滤波系统； 所述空间滤波系统，用于对所述激光光束进行滤波，并将滤波后的所述激光光束发射至准直透镜； 所述准直透镜，用于对滤波后的所述激光光束进行准直，形成强度均匀的准直光束，并将所述准直光束发射至偏振转换器； 所述偏振转换器，用于将所述准直光束转换为径向偏振光束。3.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述径向偏振光束生成单元包括 腔内设置有设定的光学元件的激光器，通过所述光学元件调制所述腔内的振荡模式使所述激光器输出径向偏振光束； 所述空间滤波系统，用于对所述径向偏振光束进行滤波，并将滤波后的所述径向偏振光束发射至准直透镜； 所述准直透镜，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周哲海，祝连庆，杜富荣，张晓青，王晓玲，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：