难加工材料的激光加工装置及方法与流程

本发明涉及激光加工设备的，特别地，涉及一种难加工材料的激光加工装置，此外，还涉及一种包括上述难加工材料的激光加工装置的激光加工方法。

背景技术：

1、激光加工是一种非接触无耗材的先进加工方法，其加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光可对材料进行打孔、切割、划片、焊接、热处理等工艺流程，已经被证明具有良好的实用价值。

2、激光脉冲宽度会直接影响激光材料去除的加工效果。采用超短脉冲，脉冲具有短脉宽和高峰值功率，可以利用多光子吸收，激光成丝等非线性效应对难加工材料实现加工，其热影响区小，加工精度高、效果好，缺点是脉冲能量较低，在加工材料时效率较低。采用纳秒级别长脉冲加工，在单脉冲中允许更高的能量，从而具有更好的热效应，可以提高材料去除率，但是其热影响区明显，加工效果较差，崩边尺寸大，精度低。针对玻璃，陶瓷等难加工材料，往往难于兼顾效率和质量。此类材料往往表面光滑、内部透明，对激光吸收小，采用长脉冲加工，甚至出现没有加工效果、无法加工的现象，或是加工质量较差。

3、针对上述现有技术的不足，本发明提供一种难加工材料的激光加工装置及方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种难加工材料的激光加工装置及方法，以解决现有技术中针对玻璃，陶瓷等难加工材料，往往难于兼顾效率和质量。此类材料往往表面光滑、内部透明，对激光吸收小，采用长脉冲加工，由于材料对激光能量吸收率低，甚至出现没有加工效果、无法加工的现象，或是加工质量较差的技术问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种难加工材料的激光加工装置，包括：

3、激光调控部，所述激光调控部根据加工材料的种类进行输出脉宽可调谐的激光脉冲，并依次设置短脉宽激光脉冲与长脉宽激光脉冲，针对加工材料先使用短脉宽激光脉冲实现材料表面的去除，然后采用长脉宽激光脉冲在材料内部进一步加工，增大材料可吸收的光能量；

4、激光放大部，所述激光放大部连接所述激光调控部，所述激光放大部用于对所述激光调控部输出的激光脉冲的输出功率进行增强；

5、能量补偿部，所述能量补偿部连接所述激光放大部，所述能量补偿部用于对激光脉冲输出功率放大时提供能量补给。

6、通过采用上述技术方案，在对难加工的材料进行加工时，根据加工材料的种类进行输出脉宽可调谐的激光脉冲，并依次输出短脉宽激光脉冲与长脉宽激光脉冲，针对加工材料先使用短脉宽激光脉冲实现材料表面的去除，然后采用长脉宽激光脉冲在材料内部进一步加工，增大材料可吸收的光能量，采用短脉冲短时间作用其表面，可以利用其高峰值功率，在其表面形成加工痕迹，并且具有较小的崩边。长脉冲随后沿着该加工痕迹进一步加工，由于短脉冲的作用效果，原先光滑的表面或是透过率较高的部位被短脉冲的高峰值功率毛化，变为不光滑或不透明，从而具有高的激光能量吸收率，因而具有良好的加工效率。此时由于已经在材料内部，崩边效果较小，在提升加工效率的同时，没有降低加工质量。并且可以加工原先无法采用长脉冲直接加工的材料，具有兼顾加工质量和加工效率，增大材料可吸收的光能量，从而实现高效加工的效果。

7、进一步地，所述激光调控部包括半导体种子源、驱动控制器与调制器，所述半导体种子源连接所述驱动控制器，所述驱动控制器用于启闭所述半导体种子源并根据需求针对不同材料输出短脉宽或者长脉宽的激光脉冲，所述调制器连接所述半导体种子源，所述调制器用于对所述半导体种子源并用于激光调制。

8、进一步地，所述半导种子源经所述调制器输出短脉冲激光且脉宽小于100ps，脉冲重复频率大于50mhz和/或输出长脉冲激光且脉冲宽度大于1纳秒，脉冲重复频率小于1mhz。

9、进一步地，所述光纤放大器包括光纤预放大器与光纤主放大器；

10、所述光纤预放大器连接所述合束器，并用于对激光脉冲产生至少一级的功率增强，并输出功率增强的激光脉冲；

11、所述光纤主放大器连接所述光纤预放大器，所述光纤主放大器用于增强激光脉冲的输出功率并输出指定功率的激光脉冲。

12、进一步地，所述能量补偿部包括光纤隔离器与泵浦半导体激光器，所述光纤隔离器分别设置于所述光纤预放大器与所述光纤主放大器上并用于隔断所述光纤预放大器与所述光纤主放大器，所述光纤隔离器还设置于所述光纤预放大器的各放大级之间，所述光纤隔离器用于防止光纤内的回返光对脉冲激光造成损坏；

13、所述泵浦半导体激光器分别连接所述光纤预放大器与所述光纤主放大器，所述泵浦半导体激光器用于对所述光纤预放大器和/或所述光纤主放大器提供能量。

14、进一步地，该装置还设置有合束器，所述合束器呈三通设置所述合束器分别设置于所述光纤预放大器与光纤主放大器之间且所述合束器连接所述光纤隔离器与所述光纤预放大器；

15、或者所述合束器连接所述光纤隔离器与所述主放大器；

16、且所述合束器还连接所述泵浦半导体激光器。

17、根据本发明的另一个方面，提供一种激光加工方法，包括上述所述的难加工材料的激光加工装置，还包括：

18、步骤1：针对难加工的材料经半导体种子源相继输出短脉冲激光脉冲与长脉冲激光脉冲，采用短脉冲短时间作用材料表面，可以利用其高峰值功率，在材料表面形成加工痕迹，并且具有较小的崩边。长脉冲随后沿着该加工痕迹进一步加工；

19、步骤2：将步骤1中输出的激光脉冲进行激光调制并经光纤隔离器隔开输送至光纤预放大器处，经光纤预放大器与光纤主放大器输出指定参数的短脉冲激光脉冲或长脉冲激光脉冲；

20、步骤3：根据材料加工需求，通过光纤主放大器(7)输出短脉冲激光且脉宽小于100ps，脉冲重复频率大于50mhz和/或输出长脉冲激光且脉冲宽度大于1纳秒，脉冲重复频率小于1mhz的激光对材料加工过的表面再次进行加工。

21、进一步地，步骤2中光纤预放大器通过三级放大输出平均功率8w的脉冲种子激光，且第一级将功率放大至50mw，第二级将功率放大至1w，第三级将平均功率放大至8w。

22、进一步地，步骤2中在对激光脉冲进行激光调制采用：

23、电-机械调制，通过机械斩波器实现khz量级的变化，从而对激光脉冲完成激光调制；

24、或者电-光调制，通过电光效应实现激光折射率变化从而实现光场调制变化；

25、或者声-光调制，通过透明介质的光学常数发生周期变化，通过电驱动信号控制激光束功率的装置，它基于声光效应，即通过声波的振荡机械应变改变某些晶体或玻璃材料的折射率；

26、或者磁-光调制，通过法拉第效应实现激光脉冲的激光调制。

27、本发明具有以下有益效果：

28、本发明一种难加工材料的激光加工装置及方法，在对难加工的材料进行加工时，通过半导体种子源先后输出短脉冲激光源与长脉冲种子源分别对材料的表面进行加工，先使用短脉宽激光脉冲实现材料表面的去除，然后采用长脉宽激光脉冲在材料内部进一步加工，增大材料可吸收的光能量，采用短脉冲短时间作用其表面，可以利用其高峰值功率，在其表面形成加工痕迹，并且具有较小的崩边。长脉冲随后沿着该加工痕迹进一步加工，由于短脉冲的作用效果，原先光滑的表面或是透过率较高的部位被短脉冲的高峰值功率毛化，变为不光滑或不透明，从而具有高的激光能量吸收率，因而具有良好的加工效率。此时由于已经在材料内部，崩边效果较小，在提升加工效率的同时，没有降低加工质量。并且可以加工原先无法采用长脉冲直接加工的材料，具有兼顾加工质量和加工效率，增大材料可吸收的光能量，从而实现高效加工的效果。

29、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。