激光整形裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種激光整形裝置，其包括：激光發(fā)射器；擴束鏡；空間濾波器；整形鏡；聚焦鏡；其中，所述空間濾波器在激光光束的光路上設置在所述激光發(fā)射器和所述聚焦鏡之間，所述整形鏡在激光光束的光路上設置在所述空間濾波器和所述聚焦鏡之間，所述激光光束通過所述整形鏡，將從所述激光發(fā)射器發(fā)出的高斯光束變?yōu)槠巾敼馐?。通過光束整形鏡將能量分布為高斯分布的激光光束轉換為能量密度分布均勻的平頂光束，相比于能量分布為高斯激光的光束，經過整形后的平頂光束可以獲得更好的狹縫切割效果及效率，可使狹縫邊緣平滑無毛刺，無熱影響，無錐度等優(yōu)點，擴大了激光整形切割狹縫在微制造領域的應用。
【專利說明】激光整形裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及激光整形【技術領域】，尤其涉及一種激光整形裝置。
【背景技術】
[0002]目前，激光在狹縫切割領域被廣泛應用，狹縫片一般用于光譜儀配件、科研領域、放映機等。小到收音機，大到航天領域、石油鉆探設備、食品、化學分析等行業(yè)中，其中應用于醫(yī)療，光學，科研領域的材料特性及對狹縫精細程度有很高的要求，傳統(tǒng)的激光切割狹縫，由激光發(fā)射器發(fā)射出的高斯激光光束中心能量密度最大，從光束中心擴展到邊緣時能量密度逐漸變小，在切割狹縫的過程中會出現邊緣燒蝕、毛刺及錐度過大，使透光率大大降低。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種激光整形裝置，其可通過整形鏡將激光發(fā)射器發(fā)出的高斯激光光束變成平頂激光光束。
[0004]為實現上述發(fā)明目的，本實用新型提供一種激光整形裝置，其包括:
[0005]激光發(fā)射器；
[0006]擴束鏡；
[0007]空間濾波器；
[0008]整形鏡；
[0009]聚焦鏡；
[0010]其中，所述空間濾波器在激光光束的光路上設置在所述激光發(fā)射器和所述聚焦鏡之間，所述整形鏡在激光光束的光路上設置在所述空間濾波器和所述聚焦鏡之間，所述激光光束通過所述整形鏡，將從所述激光發(fā)射器發(fā)出的高斯光束變?yōu)槠巾敼馐?br> [0011]作為本實用新型的進一步改進，所述整形鏡包括上表面和下表面，所述上表面刻有若干凹槽，所述凹槽呈方形設置，所述下表面設置為平面。
[0012]作為本實用新型的進一步改進，所述若干凹槽呈同心設置。
[0013]作為本實用新型的進一步改進，所述激光整形裝置還包括振鏡，所述振鏡在激光光束的光路上設置在所述整形鏡和所述聚焦鏡之間，所述振鏡可控制所述激光光束沿X、Y方向移動。
[0014]作為本實用新型的進一步改進，所述激光整形裝置還包括反射鏡，所述反射鏡在激光光束的光路上設置在所述激光發(fā)射器和所述空間濾波器之間。
[0015]作為本實用新型的進一步改進，所述反射鏡的數量為兩個。
[0016]作為本實用新型的進一步改進，所述擴束鏡在激光光束的光路上設置在所述激光發(fā)射器與所述反射鏡之間。
[0017]作為本實用新型的進一步改進，所述空間濾波器的小孔直徑為4.2mm。
[0018]作為本實用新型的進一步改進，所述整形鏡的工作波長為355nm，有效孔徑為8.5mm,輸入光斑大小為4mm (1/e2),光斑尺寸為0.17 X 0.17毫弧度,光斑形貌為平頂光斑。
[0019]作為本實用新型的進一步改進，所述整形鏡的材質為熔融石英。
[0020]本實用新型的有益效果是:本實用新型通過光束整形鏡將能量分布為高斯分布的激光光束轉換為能量密度分布均勻的平頂光束，相比于能量分布為高斯激光的光束，經過整形后的平頂光束可以獲得更好的狹縫切割效果及效率，可使狹縫邊緣平滑無毛刺，無熱影響，無錐度等優(yōu)點，擴大了激光整形切割狹縫在微制造領域的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型一實施例中激光整形裝置的結構示意圖；
[0022]圖2是本實用新型一實施例中整形鏡的俯視圖；
[0023]圖3是本實用新型一實施例中在狹縫切割中高斯分布的激光和整形后的平頂激光運動的對比圖；
[0024]圖4是本實用新型一實施例中高斯分布的激光和整形后的平頂激光切割狹縫效果對比圖。
【具體實施方式】
[0025]以下將結合附圖所示的各實施方式對本實用新型進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本實用新型，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本實用新型的保護范圍內。
[0026]本實用新型的技術解決方案為:一種激光整形裝置。
[0027]參圖1所示的本實用新型一【具體實施方式】，所述激光整形裝置，在激光發(fā)射器10的輸出端設置有擴束鏡20，在該擴束鏡20的輸出端設置有兩個反射鏡30和40，該反射鏡30和40為平面反射鏡，在反射鏡40的反射輸出端設置有整形鏡60，在反射鏡40與整形鏡60之間設有空間濾波器50，在整形鏡60的輸出端設置有振鏡70，在振鏡70的輸出端設置有聚焦鏡80，工件90設置在聚焦鏡80的輸出端。
[0028]激光發(fā)射器10，產生脈沖激光光束，優(yōu)選地，采用波長為355nm的紫外調Q脈沖激光器，脈寬為皮秒量級，M2小于1.3。紫外激光因其固有的特性，在和材料作用時，是通過打斷材料的化學鍵來使分子剝離，屬于冷加工，使用這種方法可以極大地減少熱影響區(qū)域。激光發(fā)射器10水平放置。
[0029]擴束鏡20，用于改變激光光束的直徑和發(fā)散角。從激光發(fā)射器10發(fā)出的激光束具有一定的發(fā)散角，只有通過擴束鏡的調節(jié)才能使激光光束變?yōu)闇手惫馐?br> [0030]空間濾波器50，優(yōu)選地，采用直徑為4.2mm的平面結構的小孔濾波。由于激光是強相干光源，散射光與其它光產生干涉，形成干涉圖樣，使激光束看起來很“臟”，解決這一問題的最好辦法是采用小孔空間濾波器。小孔的作用是把有雜波的激光束轉變成光滑純凈的球面或平面波，其孔徑決定光斑的大小，針孔直徑控制濾波的程度，起低通濾波器的作用，由于光具有粒子和波動的二重性，當光通過尺寸與波長接近的物體時將發(fā)生衍射，選擇適當的針孔就可濾出無雜波的激光。利用小孔濾除入射光束中的高頻分量，使輸出光強均勻化，此種濾波小孔具有結構簡單，易加工、易安裝的優(yōu)點。[0031]整形鏡60，其材質為熔融石英，設置在空間濾波器50和振鏡70之間。如圖2所示，整形鏡60為圓形鏡片，分為上表面和下表面，其下表面設置為平面，在該下表面上鍍有增透膜，使干涉加強，增加激光光束的透過率，防止激光光束在入射時反射掉從而造成能量損失；其上表面在靠近圓心的位置處刻有若干深淺不一凹槽61，凹槽61為方形，呈同心設置。整形鏡60的上表面朝向激光光束的入射方向設置，當能量分布為高斯分布的激光光束入射到這些深淺不一的凹槽61時，基于光的衍射干涉原理，將能量分布為高斯分布的激光光束轉變?yōu)槟芰糠植季鶆虻钠巾敼馐?，即獲得截面能量密度均勻的光，起到將光分散的作用。
[0032]優(yōu)選的，在本實施例中，整形鏡60的輸入波長為355nm，有效孔徑為8.5mm,輸入光斑大小為4_ (Ι/e2),光斑尺寸為0.17X0.17毫弧度,光斑形貌為平頂光斑,輸入光束模式為TEMOO基模，工作距離為無限遠。
[0033]在此值得一提的是，空間濾波器50相當于在光路中加上一個光闌，降低激光光束的M2，與整形鏡60配合在一起使用，不僅有利于平頂光束產生，也對切割邊緣陡度有幫助。
[0034]聚焦鏡80，將整形后的激光光束聚焦形成光斑，作用在工件90上，進行切割。
[0035]反射鏡30和反射鏡40，優(yōu)選地，采用平面反射鏡，設置在擴束鏡20與空間濾波器50之間，用來改變光路的傳播方向，這里用到了反射鏡30和反射鏡40兩個反射鏡，目的是為了延長光程，在激光光束進入空間濾波器50之前測光束的發(fā)射角是否符合檢測要求。
[0036]值得一提的是，激光整形裝置還包括振鏡70，激光光束直接入射到振鏡70內的鏡片(圖中未示出)，振鏡70內的電機可帶動該鏡片移動，從而控制激光光束沿X、Y方向移動，在移動過程中，在移動軌跡上的工件90粉碎脫落，從而按切割形狀形成切割狹縫。當然，本領域技術人員能輕易想到的是，如果不使用振鏡70，工件90沿Χ、Υ方向移動也是可以實現的。
[0037]繼續(xù)參圖1和圖2所示，該裝置用于狹縫切割時，激光發(fā)射器10發(fā)出能量分布為高斯分布的激光光束射向擴束鏡20，獲得準直的能量分布為高斯分布的激光光束，進入反射鏡30和40，改變光的傳播方向的同時還延長了光程，這有利于檢測光的發(fā)射角是否符合要求，然后進入空間濾波器50，空間濾波器50是個平面結構的小孔，其孔的直徑為4.2mm,激光束通過小孔將雜波濾除，使能量分布為高斯分布的激光光束得到優(yōu)化，降低激光光束的M2，得到光滑純凈的球面或平面波，這種經過空間濾波器優(yōu)化的能量分布為高斯分布的激光光束緊接著入射整形鏡60，整形鏡60在朝向激光光束的入射方向的上表面在靠近圓心的位置刻有若干深淺不一的凹槽61，凹槽61為方形，呈同心設置，能量分布為高斯分布的激光光束直接經過凹槽61被轉換成能量分布均勻的平頂激光光束，空間濾波器50與整形鏡60配合在一起使用，不僅有利于平頂光束產生，也對切割狹縫的邊緣陡度有幫助，整形鏡60的下表面設有贈透膜，使干涉加強，增加激光光束的透過率，防止激光光束在入射時反射掉從而造成能量損失。能量分布均勻的平頂激光光束隨后入射振鏡70內的鏡片(圖中為標示)，該鏡片由振鏡70內的電機帶動可沿沿X、Y方向移動，鏡片的移動帶動能量分布均勻的平頂激光光束移動，控制激光切割位置。在振鏡70的輸出端還設有聚焦鏡80，平頂激光光束從振鏡70入射到聚焦鏡80，平頂激光光束被聚焦形成光斑作用在工件90的表面，對于不同厚度的材料，給予焦點相對應的進給量，直至完全切透工件。
[0038]如圖3所示，傳統(tǒng)切割中，由于光斑12能量呈現高斯分布，在切割道的邊緣存在未能去除的材料11，隨著光斑的運動，切割道逐漸呈現上寬狹窄的現象。能量分布為高斯分布的光斑經過整形后變成能量分布均勻的平頂光斑，由于能量分布均勻，則不會出現有未去除的材料，切割道寬度一致。
[0039]如圖4所示，采用光束整形后的平頂激光光束切割狹縫具有更大的優(yōu)勢，能夠做到更小的縫寬，更好的邊緣效果，更高的效率，相比傳統(tǒng)的激光切割狹縫，避免了邊緣燒蝕，毛刺，錐度過大，使透光率大大降低。
[0040]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0041]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本實用新型的保護范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種激光整形裝置，其特征在于，所述激光整形裝置包括: 激光發(fā)射器； 擴束鏡； 空間濾波器； 整形鏡； 聚焦鏡； 其中，所述空間濾波器在激光光束的光路上設置在所述激光發(fā)射器和所述聚焦鏡之間，所述整形鏡在激光光束的光路上設置在所述空間濾波器和所述聚焦鏡之間，所述激光光束通過所述整形鏡，將從所述激光發(fā)射器發(fā)出的高斯光束變?yōu)槠巾敼馐?br> 2.根據權利要求1所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述整形鏡包括上表面和下表面，所述上表面刻有若干凹槽，所述凹槽呈方形設置，所述下表面設置為平面。
3.根據權利要求2所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述若干凹槽呈同心設置。
4.根據權利要求1所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述激光整形裝置還包括振鏡，所述振鏡在激光光束的光路上設置在所述整形鏡和所述聚焦鏡之間，所述振鏡可控制所述激光光束沿X、Y方向移動。
5.根據權利要求1所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述激光整形裝置還包括反射鏡，所述反射鏡在激光光束的光路上設置在所述激光發(fā)射器和所述空間濾波器之間。
6.根據權利要求5所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述反射鏡的數量為兩個。
7.根據權利要求5所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述擴束鏡在激光光束的光路上設置在所述激光發(fā)射器與所述反射鏡之間。
8.根據權利要求1所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述空間濾波器的小孔直徑為4.2mm。
9.根據權利要求1所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述整形鏡的工作波長為355nm,有效孔徑為8.5mm,輸入光斑大小為4mm (1/e2),光斑尺寸為0.17X0.17毫弧度，光斑形貌為平頂光斑。
10.根據權利要求1所述的一種激光整形裝置，其特征在于，所述整形鏡的材質為熔融石英。
【文檔編號】G02B27/09GK203630445SQ201320862313
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權日:2013年12月25日
【發(fā)明者】趙裕興, 林恩旻, 汪昊, 徐海賓 申請人:蘇州德龍激光股份有限公司