專利名稱：激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光加工裝置。
背景技術(shù)：
由于加工效率高、精度好，激光目前已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的微孔加工，廣泛應(yīng)用于單晶硅片劃切、樹脂基板的穿孔、金剛石切割和打孔、寶石刻字等領(lǐng)域。不同材料對不同波長的激光的吸收不同，并不是波長越短的激光加工效果越好。例如，金剛石相對于可見光和紅外光而言，其對短波長(如紫外)的輻射具有較高的吸收率，所以如果待加工材料為金剛石，用短波長激光加工會有很好的效果；而當金剛石為待加エ材料基底時，用短(紫外)波段激光加工會對基底造成損傷，影響加工質(zhì)量。所以，通常人們會根據(jù)加工材料的不同而選擇不同波長的加工裝置，但是這樣做就需要購置多臺激光加工裝置，硬件成本很高?；蛘咴谝慌_裝置上根據(jù)不同波長光源裝配不同構(gòu)件，則整個裝置變得體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?；蛘呤褂枚嗖ㄩL激光器作為光源，不同波長的光源在加工時的工作距離不相同，根據(jù)每個波長配備相應(yīng)的聚焦物鏡，例如三波長激光器需要三個物鏡，但是加工時只能出單一波長的激光，而且使用其他波長就要換物鏡并重新調(diào)節(jié)工作距離，十分繁瑣。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種激光加工裝置，能夠多波長輸出、同軸加工而且工作距離恒定，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明ー個方面，提供一種激光加工裝置，包括可多路輸出多個波長激光的激光器，適于輸出第一波長激光和第二波長激光，其中第一波長激光經(jīng)過的光路為第一光路，第二波長激光經(jīng)過的光路為第二光路；第一光路上的第一擴束鏡組、第一可變光闌、第一反射鏡、末端反射鏡、以及聚焦物鏡，所述第一反射鏡適于透射第一波長激光并且反射第二波長激光到所述末端反射鏡，所述第一可變光闌適于調(diào)整第一光路的光斑大小，所述末端反射鏡適于將接收的激光反射到聚焦物鏡，所述聚焦物鏡適于將接收的激光匯聚到焦點；和第ニ光路上的第二擴束鏡組、第ニ可變光闌、第二反射鏡，所述第ニ反射鏡適于反射第二波長激光到所述第一反射鏡以耦合進第一光路，所述第二可變光闌適于調(diào)整第二光路的光斑大?。黄渲?，所述第一和第二擴束鏡組包括多片透鏡，通過調(diào)節(jié)所述第一擴束鏡組和第二擴束鏡組中的透鏡間距離，使第一波長激光和第二波長激光經(jīng)過聚焦物鏡聚焦在同一個焦點。可選的，所述聚焦物鏡為顯微物鏡或反射式物鏡。可選的，所述可多路輸出多個波長激光的激光器輸出的激光的脈寬形式包括納秒激光，皮秒激光和飛秒激光。可選的，所述可多路輸出多個波長激光的激光器還適于輸出第三波長激光，所述第三波長激光經(jīng)過的光路為第三光路；所述激光加工裝置還包括第三光路上的第三擴束鏡組、第三可變光闌、第三反射鏡，所述第三反射鏡適于透射第二波長激光并且反射第三波長激光到第一反射鏡，所述第三可變光闌適于調(diào)整第三光路的光斑大??；所述第一反射鏡還適于反射第三波長激光以將其耦合進第一光路?？蛇x的，所述可多路輸出多個波長激光的激光器還適于輸出第四波長激光，所述第四波長激光經(jīng)過的光路為第四光路；所述激光加工裝置還包括第四光路上的第四擴束鏡組、第四可變光闌、第四反射鏡，所述第四反射鏡適于透射第二波長激光并且反射第四波長激光到第一反射鏡，所述第四可變光闌適于調(diào)整第四光路的光斑大??；所述第三反射鏡還適于透射第四波長激光到所述第一反射鏡；所述第一反射鏡還適于反射第四波長激光以將其耦合進第一光路。可選的，所述第一波長激光的波長為355nm ;所述第二波長激光的波長為1064nm ；所述第三波長激光的波長為532nm。 可選的，所述第一反射鏡鍍355nm45度增透射膜、532nm和1064nm45度高反射膜；所述第三反射鏡鍍1064nm45度增透射膜、532nm45度高反射膜；所述第二反射鏡鍍1064nm45度高反射膜；所述末端反射鏡鍍355nm、532nm和1064nm45度高反射膜?？蛇x的，所述的激光加工裝置，還包括真空吸盤以及四維精密電控平移臺；所述真空吸盤吸附加工對象，從而減少環(huán)境震動對加工造成的影響；所述真空吸盤被固定在四維精密電控平移臺上；所述四維精密電控平移臺能夠線性運動和旋轉(zhuǎn)運動?？蛇x的，所述的激光加工裝置，所述擴束鏡組內(nèi)的透鏡類型為凸透鏡或凹透鏡。與現(xiàn)有技術(shù)先比，本實用新型的優(yōu)點在于(I)不用更換物鏡，不用改變工作距離，在一臺裝置上完成多個波長中任意ー個，或任意兩個，或多個波長的激光同時同軸加工。(2)多個波長的激光經(jīng)聚焦物鏡后焦點在同一位置，在加工復(fù)合材料時，可根據(jù)材料選擇將要采用加工的激光波長數(shù)目，可實現(xiàn)一次加工成型，不需要往復(fù)加工。

圖I是本發(fā)明一個實施例中提供的激光加工裝置的光路示意圖；圖2是圖I中擴束鏡組結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是調(diào)節(jié)圖2中擴束鏡組以改變焦點的示意圖；圖4是本發(fā)明一個實施例中355nm，532nm和1064nm波長激光的聚焦光斑示意圖；圖5是本發(fā)明另ー個實施例中提供的激光加工裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖，對本實用新型進ー步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型的一個實施例中，提供一種激光加工裝置。如圖I所示，該激光加工裝置包括可三路輸出三個波長激光的激光器101，在激光器101輸出的激光光路上的擴束鏡組102、反射鏡103 106和聚焦物鏡107，真空吸盤109以及四維精密電控平移臺110。[0027]其中，激光器101可輸出的激光波長分別為1064nm(即基頻光)，532nm(即二倍頻光)和355nm(即三倍頻光)。功率為1064nm時15W，532nm時I. 5ff, 355nm時3W。重復(fù)頻率為lOKHz，脈沖寬度均為13ps。優(yōu)選的，由于在355nm時的功率最低，為了減少功率損失，355nm的激光應(yīng)在到達聚焦物鏡107前經(jīng)過的鏡片最少。因此，如圖I所示，三束激光的波長從上至下依次是355nm,532nm 和 1064nm。優(yōu)選的，激光器101具有可選擇輸出功能。即可輸出任意ー個波長的激光，兩個波長的激光或三個波長的激光同時輸出。反射鏡103 反射鏡106的鍍膜種類分別為反射鏡103鍍355nm45度增透射膜、532nm和1064nm45度高反射膜；反射鏡104鍍1064nm45度增透射膜、532nm45度高反射膜；反射鏡105鍍1064nm45度高反射膜；反射鏡106鍍45度355nm、532nm和1064nm高反射 膜。從而反射鏡103 106成為三倍頻或四倍頻光透射、二倍頻光和基頻光反射鏡103 ；二倍頻光反射、基頻光透射鏡104 ;基頻光反射鏡105 ;基頻光、二倍頻光和三倍頻或四倍頻光全反射鏡106。所述聚集物鏡107可以是反射式物鏡或是顯微物鏡，可將激光聚焦在焦點上，此焦點位于加工對象108表面；該表面到聚焦物鏡107的距離即為工作距離111。加工對象108被吸附在真空吸盤109上，目的是減少環(huán)境震動對加工造成的影響。真空吸盤109被固定在四維精密電控平移臺110上。四維精密電控平移臺110由計算機控制，可實現(xiàn)線性運動和旋轉(zhuǎn)運動。本實施例中，聚焦物鏡為顯微物鏡。有效焦距為40. 9mm，數(shù)值孔徑為0.3。355nm，532nm和1064nm波長平行光經(jīng)過同一個聚焦物鏡，355nm光的波長短，折射率大，最先聚焦，其焦點距離聚焦物鏡最近；然后是532nm光，最后是1064nm光。雖然這三束光同軸入射到聚焦物鏡，但焦點卻出現(xiàn)三個，這就是色差。本實施例中，所述擴束鏡組102包含兩片透鏡，透鏡301和透鏡302，如圖2所示。其中，透鏡301的焦距為fl，透鏡302的焦距為f2，透鏡301和透鏡302之間的距離為d，則擴束鏡組102的焦距f的計算方式如下/= f,
fi+f2~d分析該公式，如果d増大，則f増大，則入射光線將在更遠的地方匯聚。參考圖3，左側(cè)為入射光，當透鏡301和透鏡302之間的距離d増加吋，Dl將増大，經(jīng)過兩個反射鏡401,402后(反射鏡不改變光線的趨勢)，D2、D3也將增大，最后經(jīng)過聚焦物鏡107，D將增大，即焦點1071遠離聚焦物鏡107?；谏鲜龇治?，參考圖1，以所述三個焦點中的一個例如532nm光(經(jīng)過擴束鏡組1022)通過聚焦物鏡107的焦點為基準；擴大擴束鏡組1021中兩片透鏡之間的距離，將355nm波長的光經(jīng)過聚焦物鏡107的焦點下移，與532nm對應(yīng)的焦點重合；縮小擴束鏡組1023中兩片透鏡之間的距離，將1064nm波長的光經(jīng)過聚焦物鏡107的焦點上移，與532nm對應(yīng)的焦點重合；將所述三個焦點調(diào)整到同一個位置。再將擴束鏡組102中的透鏡位置固定，這樣就保證了加工時工作距離為定值。在本實用新型的其他實施例中，所述擴束鏡組內(nèi)的透鏡可以為凸透鏡或凹透鏡，可以包括多片透鏡。[0037]如圖4所示，聚焦光斑的位置均在加工對象108表面，其中光斑301為1064nm波長的激光聚焦光斑(直徑約為12微米)，光斑302為532nm波長的激光聚焦光斑(直徑約為6微米)，光斑303為355nm波長的激光聚焦光斑(直徑約為4微米)。在本實用新型的其他實施例中，上述激光加工裝置可以包括可多路(大于等于兩路)輸出激光的激光器，通過調(diào)整各路激光光路中的擴束鏡組內(nèi)的透鏡間距，使多路激光經(jīng)過聚焦物鏡聚焦于同一點，保證加工中的工作距離不變。在本實用新型的另ー個實施例中，提供一種激光加工裝置，與上述實施例中的激光加工裝置的區(qū)別在于還包括可變光闌等器件。具體的，如圖5所示，該激光加工裝置包括一臺可三路輸出三個波長激光的激光器I ;沿所述激光器I輸出的激光光路該激光加工裝置還依次包括基頻光、二倍頻光和三倍頻(或四倍頻)光反射鏡2a、2b、2c，基頻光、二倍頻光和三倍頻(或四倍頻)光反射鏡3a、3b、3c，基頻光擴束透鏡組4a_4b、二倍頻光擴束透鏡組4c-4d以及三倍頻光(或四倍頻)光擴束鏡組4e-4f，可變光闌5a、5b、5c，基頻光全反射 鏡6a，二倍頻光全反射、基頻光透射鏡6b，三倍頻光(或四倍頻光)全反射、基頻光和二倍頻光透射鏡6c，三波長全反射鏡7，監(jiān)視用CXD 8，和聚焦物鏡9。其中，可變光闌5a、5b、5c用于調(diào)節(jié)光斑大小，因為經(jīng)過擴束透鏡組調(diào)節(jié)后，光線不是嚴格意義的平行，那么到聚焦物鏡時光斑的大小就不一樣，調(diào)節(jié)可變光闌可以改變光斑大小。該裝置還包括Z方向運動電動平移臺10，真空吸盤11，旋轉(zhuǎn)平臺12a。Y方向運動電動平移臺12b，X方向運動電動平移臺12c。上述聚焦物鏡9可將三個波長的激光聚焦在同一個焦點上。下面以同時輸出1064nm、532nm和355nm激光為例。1064nm的激光、532nm的激光和355nm的激光初始光斑尺寸均為3_。經(jīng)過3倍擴束鏡組后，激光光斑尺寸均變?yōu)?_。其中(I) 1064nm的激光經(jīng)反射鏡2a、3a,擴束透鏡組4a_4b,可變光闌5a, 1064nm全反鏡6a, 532nm全反射、1064nm透射鏡6b, 355nm全反射、532nm和1064nm透射鏡6c,三波長全反射鏡7后到達聚焦物鏡9 ；(2) 532nm的激光經(jīng)反射鏡2b、3b，擴束透鏡組4c_4d，可變光闌5b，532nm全反射、1064nm透射鏡6b、355nm全反射、532nm和1064nm透射鏡6c,三波長全反射鏡7后到達聚焦物鏡9 ；(3) 355nm的激光經(jīng)反射鏡2c、3c，擴束透鏡組4e_4f，可變光闌5c，355nm全反射、532nm和1064nm透射鏡6c，三波長全反射鏡7后到達聚焦物鏡9。所述聚焦物鏡9為顯微物鏡，有效焦距為40. 9mm,數(shù)值孔徑為0. 3。通過微調(diào)節(jié)擴束鏡組4a-4b、擴束鏡組4c-4d、擴束鏡組4e_4f中透鏡間的距離，在顯微鏡后20mm處分別得到三個波長的接近衍射極限大小的聚焦光斑。355nm的聚焦光斑大小約為4微米。532nm的激光聚焦光斑大小約為6微米。1064nm的激光聚焦光斑大小約為9微米。接近衍射極限大小的聚焦光斑保證了激光加工的精細度。本實用新型的激光加工裝置可提供多種波長激光通過同一個光路輸出，不需要更換原件。不但節(jié)約了成本，而且調(diào)節(jié)方便簡單，具有較好的應(yīng)用前景。應(yīng)該注意到并理解，在不脫離后附的權(quán)利要求所要求的本實用新型的精神和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿毭枋龅谋緦嵱眯滦妥龀龈鞣N修改和改進。因此，要求保護的技術(shù)方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導(dǎo)的限 制。
權(quán)利要求1.一種激光加工裝置，其特征在于，包括 可多路輸出多個波長激光的激光器，適于輸出第一波長激光和第二波長激光，其中第一波長激光經(jīng)過的光路為第一光路，第二波長激光經(jīng)過的光路為第二光路； 第一光路上的第一擴束鏡組、第一可變光闌、第一反射鏡、末端反射鏡、以及聚焦物鏡，所述第一反射鏡適于透射第一波長激光并且反射第二波長激光到所述末端反射鏡，所述第一可變光闌適于調(diào)整第一光路的光斑大小，所述末端反射鏡適于將接收的激光反射到聚焦物鏡，所述聚焦物鏡適于將接收的激光匯聚到焦點；和 第二光路上的第二擴束鏡組、第二可變光闌、第二反射鏡，所述第二反射鏡適于反射第二波長激光到所述第一反射鏡以耦合進第一光路，所述第二可變光闌適于調(diào)整第二光路的光斑大?。? 其中，所述第一和第二擴束鏡組包括多片透鏡，通過調(diào)節(jié)所述第一擴束鏡組和第二擴束鏡組中的透鏡間距離，使第一波長激光和第二波長激光經(jīng)過聚焦物鏡聚焦在同一個焦點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，其特征在于，所述聚焦物鏡為顯微物鏡或反射式物鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，其特征在于，所述可多路輸出多個波長激光的激光器輸出的激光的脈寬形式包括納秒激光，皮秒激光和飛秒激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述可多路輸出多個波長激光的激光器還適于輸出第三波長激光，所述第三波長激光經(jīng)過的光路為第三光路； 所述激光加工裝置還包括第三光路上的第三擴束鏡組、第三可變光闌、第三反射鏡，所述第三反射鏡適于透射第二波長激光并且反射第三波長激光到第一反射鏡，所述第三可變光闌適于調(diào)整第三光路的光斑大?。? 所述第一反射鏡還適于反射第三波長激光以將其耦合進第一光路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述可多路輸出多個波長激光的激光器還適于輸出第四波長激光，所述第四波長激光經(jīng)過的光路為第四光路； 所述激光加工裝置還包括第四光路上的第四擴束鏡組、第四可變光闌、第四反射鏡，所述第四反射鏡適于透射第二波長激光并且反射第四波長激光到第一反射鏡，所述第四可變光闌適于調(diào)整第四光路的光斑大??； 所述第三反射鏡還適于透射第四波長激光到所述第一反射鏡； 所述第一反射鏡還適于反射第四波長激光以將其耦合進第一光路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述第一波長激光的波長為355nm ； 所述第二波長激光的波長為1064nm ； 所述第三波長激光的波長為532nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述第一反射鏡鍍355nm45度增透射膜、532nm和1064nm45度高反射膜； 所述第三反射鏡鍍1064nm45度增透射膜、532nm45度高反射膜；所述第二反射鏡鍍1064nm45度高反射膜； 所述末端反射鏡鍍355nm、532nm和1064nm45度高反射膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，其特征在于，還包括真空吸盤以及四維精密電控平移臺； 所述真空吸盤吸附加工對象，從而減少環(huán)境震動對加工造成的影響； 所述真空吸盤被固定在四維精密電控平移臺上； 所述四維精密電控平移臺能夠線性運動和旋轉(zhuǎn)運動。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，其特征在于，所述擴束鏡組內(nèi)的透鏡類型為凸透鏡或凹透鏡。
專利摘要本實用新型提供一種激光加工裝置，包括可多路輸出多個波長激光的激光器，適于輸出第一波長激光和第二波長激光，其中第一波長激光經(jīng)過的光路為第一光路，第二波長激光經(jīng)過的光路為第二光路；第一光路上的第一擴束鏡組、第一可變光闌、第一反射鏡、末端反射鏡、以及聚焦物鏡；和第二光路上的第二擴束鏡組、第二可變光闌、第二反射鏡，所述第二反射鏡適于反射第二波長激光到所述第一反射鏡以耦合進第一光路，所述第二可變光闌適于調(diào)整第二光路的光斑大小；通過調(diào)節(jié)所述第一擴束鏡組和第二擴束鏡組中的透鏡間距離，使第一波長激光和第二波長激光經(jīng)過聚焦物鏡聚焦在同一個焦點。能夠多波長輸出、同軸加工而且工作距離恒定，提高工作效率并降低成本。
文檔編號B23K26/04GK202388123SQ20112044455
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者余錦, 劉洋, 張雪, 李晗, 樊仲維, 趙天卓, 邊強, 閆瑩, 麻云鳳, 黃科 申請人:中國科學(xué)院光電研究院