雷射加工系统的制作方法

本实用新型涉及一种加工系统，特别是涉及一种雷射加工系统。

背景技术：

雷射加工是利用雷射光聚焦形成的高功率光斑以移除材料，属于一种常见的非接触式的加工方式，其中雷射光依据其输出方式可区分为连续波形式与脉冲形式。当雷射光以连续波形式或是长脉冲形式输出以加工材料时，材料会吸收雷射光的能量，通过固态、液态、气态的相变化形成缺口，然而连续波形式或是长脉冲形式的输出方式虽加工速度快，但在加工过程中，雷射光的能量会使得材料温度提升，热效应所造成的材料熔化变形降低了加工精度；当雷射光以短脉冲形式输出以加工材料时，雷射光可直接打断材料原子或分子间的键结，使得材料来不及将热传递出去就被汽化，因此有效地避免了材料熔化变形以提升加工精度，然而相较连续波形式或是长脉冲形式的雷射，短脉冲形式的雷射单次脉冲所能移除的材料较少，因此加工速度较慢。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的在于提供一种雷射加工系统，可同时兼顾加工速度以及加工精度，以解决上述问题。

为达成上述目的，本实用新型公开一种雷射加工系统，包含有第一雷射光源、第二雷射光源、偏振片以及光耦合组件，所述第一雷射光源用以发射第一雷射光，所述第二雷射光源用以发射第二雷射光，所述偏振片用以偏振由所述第二雷射光源所发出的所述第二雷射光，所述光耦合组件用以接收且耦合由所述第一雷射光源所发出的所述第一雷射光与被所述偏振片所偏振的所述第二雷射光，以输出第三雷射光，借以加工工件。

根据本实用新型其中之一实施例，所述雷射加工系统进一步包含有雷射扩束器以及雷射加工头，所述雷射扩束器用以减少由所述光耦合组件所发出的所述第三雷射光的发散，所述雷射加工头用以聚焦由所述雷射扩束器所发出的所述第三雷射光，以加工所述工件。

根据本实用新型其中之一实施例，所述雷射加工系统进一步包含有第一反射组件，所述第一反射组件用以将由所述第一雷射光源所发出的所述第一雷射光反射至所述光耦合组件。

根据本实用新型其中之一实施例，所述雷射加工系统进一步包含有第二反射组件，所述第二反射组件用以将由所述第二雷射光源所发出的所述第二雷射光反射穿过所述偏振片至所述光耦合组件。

根据本实用新型其中之一实施例，所述雷射加工系统进一步包含有第三反射组件，所述第三反射组件用以将由所述光耦合组件所发射的所述第三雷射光反射至所述雷射扩束器。

根据本实用新型其中之一实施例，所述光耦合组件为具有偏极性的分光镜。

根据本实用新型其中之一实施例，所述第一雷射光具有第一偏极特性，被所述偏振片偏振后的所述第二雷射光具有第二偏极特性，所述第一偏极特性与所述第二偏极特性相异。

根据本实用新型其中之一实施例，所述第一雷射光源以第一脉冲发射所述第一雷射光，所述第二雷射光源以第二脉冲发射所述第二雷射光，所述第二脉冲大于所述第一脉冲。

综上所述，本实用新型利用偏振片以及光耦合组件来耦合具有短脉冲的第一雷射光以及长脉冲的第二雷射光，以形成第三雷射光来加工工件，因此第三雷射光同时具有短脉冲的第一雷射光的高峰值能量以及长脉冲的第二雷射光的高脉冲能量，因此本实用新型的雷射加工系统在加工时，尤其是在加工硬脆性材料时，可同时提升加工速度、优化加工质量且可增加材料吸收率，进而达到避免漏孔或错位的效果，故可提高良率和生产率。有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

附图说明

图1为本实用新型实施例雷射加工系统的组件配置图。

图2为本实用新型实施例第三雷射光的时间-功率关系图。

图3为本实用新型另一实施例第三雷射光的时间-功率关系图。

其中，附图标记说明如下：

1 雷射加工系统

11 第一雷射光源

12 第二雷射光源

13 偏振片

14 光耦合组件

15 雷射扩束器

16 雷射加工头

17 第一反射组件

18 第二反射组件

19 第三反射组件

2 工件

L1、L1’ 第一雷射光

L2、L2’ 第二雷射光

L3、L3’ 第三雷射光

M 平面镜

P 功率

T 时间

AT 材料剥蚀门坎

具体实施方式

请参阅图1，图1为本实用新型实施例雷射加工系统的组件配置图。如图1所示，本实用新型的雷射加工系统1用来加工工件2，尤其适合用来加工由硬脆性材质(如陶瓷、蓝宝石、玻璃等材料)所制成的工件2，雷射加工系统1包含有第一雷射光源11、第二雷射光源12、偏振片13、光耦合组件14、雷射扩束器15、雷射加工头16、第一反射组件17、第二反射组件18以及第三反射组件19。

在此实施例中，第一雷射光源11以第一脉冲宽度(pulse width)发射第一雷射光L1，第二雷射光源12以第二脉冲宽度发射第二雷射光L2，所述第二脉冲宽度可大于所述第一脉冲宽度，也就是说，第一雷射光L1的峰值能量(peak power)较第二雷射光为高，但第二雷射光L2的脉冲能量(pulse energy)较第一雷射光L1为高，第一雷射光源11可为短脉冲雷射光发射装置，第二雷射光源12可为长脉冲雷射光发射装置，然本实用新型并不局限在此。举例来说，在另一实施例中，第二雷射光源12也可为连续波雷射光发射装置，端视实际需求而定。此外，使用者另可依据工件2的材料特性调整第一雷射光L1与第二雷射光L2的功率(power)、重复率(repetition rate)、波长(wave length)、占空比(duty cycle)等参数，以达到不同的加工效果。例如使用者可依据工件2的材料特性将第一雷射光L1以及第二雷射光L2的波长调整至特定波长，有助材料吸收第一雷射光L1以及第二雷射光L2。

第一反射组件17设置在第一雷射光源11与光耦合组件14之间且用以改变第一雷射光L1的光路径，以在特定的空间内将由第一雷射光源11所发出之第一雷射光L1反射至光耦合组件14。第二反射组件18设置在第二雷射光源12与偏振片13之间且用以改变第二雷射光L2的光路径，以在特定的空间内将由第二雷射光源12所发出的第二雷射光L2反射至偏振片13。偏振片13用以偏振由第二反射组件18所反射的第二雷射光L2，光耦合组件14用以接收且耦合由第一反射组件17所反射的第一雷射光L1与被偏振片13所偏振的第二雷射光L2，以输出第三雷射光L3至第三反射组件19。第三反射组件19设置在光耦合组件14与雷射扩束器15之间且用以改变第三雷射光L3的光路径，以在特定的空间内将由光耦合组件14所发出的第三雷射光L3反射至雷射扩束器15。由于从雷射光源所发出的雷射光具有一定的发散角，雷射扩束器15用以减少由光耦合组件14所发出的第三雷射光L3的发散，以使通过雷射扩束器15的第三雷射光近似平行光束，雷射加工头16用以聚焦由雷射扩束器15所发出的第三雷射光L3在工件2，而焦距端视实际加工需求而定。

在此实施例中，光耦合组件14为具有偏极性的分光镜，然本实用新型并不局限在此。再者，在此实施例中，第一反射组件17、第二反射组件18、第三反射组件19分别可包含有至少一平面镜M，以反射相对应的雷射光，然本实用新型的反射组件并不局限在此。再者，在另一实施例中，雷射加工系统1也可不包含有第一反射组件17，意即光耦合组件14与第一雷射光源11沿第一雷射光L1的前进方向设置，使得第一雷射光源11所发出的第一雷射光L1可直接朝光耦合组件14直线前进，而不需要经过第一反射组件17反射。同理，在其他实施例中，雷射加工系统1也可通过改变第二雷射光源12与偏振片13间的设置关系或光耦合组件14与雷射扩束器15间的设置关系而不包含有第二反射组件18或第三反射组件19。此外，本实用新型的第一反射组件17、第二反射组件18、第三反射组件19的设置位置以及其所包含的平面镜M数量并不局限本实用新型实施例附图所绘示，其端视实际设计需求而定。举例来说，当偏振片13与光耦合组件14并非沿第二雷射光L2的前进方向设置时，第二反射组件18可进一步包含有设置在偏振片13与光耦合组件14之间的至少一平面镜，以使通过偏振片13的第二雷射光L2可再通过所述至少一平面镜反射而朝光耦合组件14前进。

如图1所示，当欲利用雷射加工系统1加工由硬脆型材料所制成的工件2时，第一雷射光源11与第二雷射光源12分别朝第一反射组件17与第二反射组件18发出第一雷射光L1与第二雷射光L2，第一反射组件17将第一雷射光L1反射至光耦合组件14，第二反射组件18将第二雷射光L2反射至偏振片13。在此实施例中，由第一雷射光源11所发出的第一雷射光L1与由第二雷射光源12所发出的第二雷射光L2可均具有第一偏极特性，而被偏振片13偏振后的第二雷射光L2具有相异于所述第一偏极特性的第二偏极特性，以使光耦合组件14将由第一雷射光源11所发出且具有第一偏极特性的第一雷射光L1以及由第二雷射光源12所发出且具被偏振片13偏振后而具有第二偏极特性的第二雷射光L2耦合，其中所述第一偏极特性与所述第二偏极特性可分别为水平极化(P-polarized)与垂直极化(S-polarized)，然本实用新型并不局限在此。

当光耦合组件14接收来自第一反射组件17所反射的第一雷射光L1与被偏振片13偏振的第二雷射光L2时，由于第一雷射光L1与第二雷射光L2分别具有相异的所述第一偏极特性与所述第二偏极特性，因此具有所述第一偏极特性的第一雷射光L1可直接被光耦合组件14反射至第三反射组件19，而被偏振片13偏振后的具有所述第二偏极特性的第二雷射光L2则会穿透光耦合组件14朝第三反射组件19前进。换句话说，被光耦合组件14所反射的第一雷射光L1与穿透光耦合组件14的第二雷射光L2会互相重迭而耦合形成第三雷射光L3。接着，第三雷射光L3借由第三反射组件19反射至雷射扩束器15，雷射扩束器15用以调整由第三反射组件19反射的第三雷射光L3，以使第三雷射光L3近似平行光束，并将第三雷射光L3发射至雷射加工头16，雷射加工头16再将由雷射扩束器15所发出的第三雷射光L3聚焦在工件2，以进行加工。

请参阅图2，图2为本实用新型实施例第三雷射光L3的时间T-功率P关系图。如图2所示，由于第三雷射光L3实质上由第一雷射光L1与第二雷射光L2耦合而成，因此当用户利用第三雷射光L3加工工件2时，第三雷射光L3中具有所述较短的第一脉冲宽度的第一雷射光L1具有较高的峰值能量，其可突破材料剥蚀门坎(ablation threshold)AT，瞬间直接移除被加热的材料以减少热效应扩散至他处，进而对材料表面进行改质与粗化，而第三雷射光L3中具有所述较长的第二脉冲宽度的第二雷射光L2具有较高脉冲能量，其通过熔蚀(melting)或汽化(vaporization)材料，来达到快速加工工件的目的，借此本实用新型的雷射加工系统1可提升加工速度、优化加工质量且可增加材料吸收率，进而达到避免漏孔或错位效果，故可提高良率和生产率。然本实用新型并不局限在本实施例，请参阅图3，图3本实用新型另一实施例第三雷射光L3’的时间T-功率P关系图。如图3所示，在另一实施例中，第三雷射光L3’实质上由具有高峰值能量、短脉冲宽度的第一雷射光L1’与具有高能量连续波的第二雷射光L2’耦合而成，相似地，第三雷射光L3’中具有高峰值能量、短脉冲宽度的第一雷射光L1’可对材料表面进行改质与粗化，使得材料表面在受到第一雷射光L1’破坏后可更有效地吸收第三雷射光L3’中具有高能量连续波的第二雷射光L2’，进而提升加工速度。

相较现有技术，本实用新型利用偏振片以及光耦合组件来耦合具有短脉冲的第一雷射光以及长脉冲第二雷射光，以形成第三雷射光，再利用第三雷射光来加工工件，因此第三雷射光同时具有短脉冲的第一雷射光的高峰值能量以及长脉冲的第二雷射光的高脉冲能量，因此本实用新型的雷射加工系统在加工时，尤其是在加工硬脆性材料时，可同时提升加工速度、优化加工质量且可增加材料吸收率，进而达到避免漏孔或错位的效果，故可提高良率和生产率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。