一种用整形光束进行材料加工的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光微加工领域，尤其涉及一种用整形光束进行材料加工的系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 在激光微加工中，为了满足对加工精度的高要求，目前主要采取的一种方式是用 聚焦镜把光斑聚焦成几个微米大小来加工。但是由于聚焦光斑近似点状，所以去除深度很 浅，效率低，限制了使用。
[0003] 随着消费电子行业的快速发展，越来越多的部件走向小型化和高端化，对微加工 的需求越来越多；同时消费电子产品的更新换代也原来越快，对产能要求也非常高。而激光 作为现代工业中先进的加工手段，越发受到各个行业的重视，通过激光实现微加工的可行 性和实用性也得到越来越多的验证，但是在很多应用中任然激光微加工的效率任然很难提 尚。
[0004] 为了提供更高效的激光微加工，比较直接有效的系统是光束整形，例如方形光斑、 条形光斑，如图1所示为现有技术中采用高斯聚焦光束进行材料加工的光路图，但是这都 是在改变光斑在横截面上的能量分布。想要提高某些加工的效率，必须在光束的传播方向 上进行整形，这通过衍射光学来实现。目前已经在工业生产中采用的衍射光学方法有多焦 点、贝塞尔光束等等，依靠增加一次性加工的面积来提高加工效率。但是这些方法在并不能 改变激光的传输方向，光只能沿直线传播（贝塞尔光束）。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例的目的在于提供一种用整形光束进行材料加工的系统，以解决现有 技术的问题。
[0006] 本发明实施例是这样实现的，一种用整形光束进行材料加工的系统，所述系统包 括：激光器1、空间光调制器2、扩束镜3、聚焦镜4、加工件5和运动平台6 ;
[0007] 所述激光器1发出的激光经过所述艾里透镜2,将能量满足高斯分布函数的衍射 光束改变为沿曲线传输的无衍射光束；
[0008] 所述整形后的整形光束进过扩束镜3对光束进行同轴扩束；
[0009] 扩束后光束进入所述聚焦镜4,聚焦在所述加工件5上，由所述运动平台6带动所 述加工件5根据加工图形运动，实现曲面加工。
[0010] 进一步的，所述空间光调制器2工作过程为：根据所述加工件5的加工需求曲面参 数确定所述整形后光束的参数，通过改变加载在空间光调制器2内部液晶盒上的电压来改 变液晶分子指向，从而改变双折射率，实现对入射光束的相位调制，变换入射光束波前，在 远场再现要求的光场分布，产生满足参数要求的所述整形后光束。
[0011] 进一步的，所述激光器1是波长为255_1550nm的皮秒激光器或飞秒激光器。
[0012] 进一步的，所述扩束镜3为变倍扩束镜，减小光束传播的发散角，改进光束的准直 性，并控制激光最终聚焦光斑大小，获得理想光斑大小。
[0013] -种用整形光束进行材料加工的方法，包括：将能量满足高速分布函数的衍射光 束整形为沿曲线传输的无衍射光束，根据加工件的加工需求曲面参数确定整形后光束的参 数，对所述加工件进行曲面加工。
[0014] 进一步的，利用空间光调制器将能量满足高速分布函数的衍射光束整形为沿曲线 传输的无衍射光束，其过程包括：
[0015] 通过改变加载在所述空间光调制器内部液晶盒上的电压来改变液晶分子指向，从 而改变双折射率，实现对入射光束的相位调制，变换入射光束波前，在远场再现要求的光场 分布，产生满足参数要求的所述整形后光束。
[0016] 本发明实施例提供的一种用整形光束进行材料加工的系统及方法的有益效果包 括：
[0017] 本发明实施例提供的一种用整形光束进行材料加工的系统，满足其他函数的光 (艾里函数），在随时间变化的过程中表现出不扩展以及自加速的奇异特性，即自弯曲传 输，目标面是曲面时，可以由弯曲的光斑一次成型，而不需要利用2. f5D加工逐层成型，大大 提高了效率；对于特定的加工曲面控制空间光调制器，使光斑的弯曲面与加工要求曲面匹 配，理论上可以加工任意曲面；一次加工的有效深度大大增加，加工效率显著提高。
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些 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性的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
[0019] 图1是现有技术中采用高斯聚焦光束进行材料加工的光路图；
[0020] 图2是本发明实施例提供的一种用整形光束进行材料加工的系统的结构示意图；
[0021] 图3是本发明实施例提供的采用整形光束进行材料加工的光路图；
[0022] 其中：1为激光器，2为空间光调制器，3为扩束镜，4为聚焦镜，5为加工件，6为运 动平台。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0024] 为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0025] 实施例一
[0026] 本发明提供的实施例一为本发明提供的一种用整形光束进行材料加工的系统的 实施例，如图1所示为本发明提供的一种用整形光束进行材料加工的系统的实施例的结构 示意图，所述系统包括：激光器1、空间光调制器2、扩束镜3、聚焦镜4、加工件5和运动平台 6〇
[0027] 所述激光器1发出的激光经过所述艾里透镜2,将能量满足高斯分布函数的衍射 光束改变为沿曲线传输的无衍射光束；
[0028] 所述整形后的整形光束进过扩束镜3对光束进行同轴扩束；
[0029] 扩束后光束进入所述聚焦镜4,聚焦在所述加工件5上，由所述运动平台6带动所 述加工件5根据加工图形运动，实现曲面加工；
[0030] 所述空间光调制器2工作原理为：根据所述加工件5的加工需求曲面参数确定所 述整形光束的参数，通过改变加载在空间光调制器2内部液晶盒上的电压来改变液晶分子 指向，从而改变双折射率，实现对入射光束的相位调制，变换入射光束波前，最终在远场再 现要求的光场分布，产生满足参数要求的所述整形光束。
[0031] 衍射是光束的基本特性。由于颜衍射，激光束在传输过程中，光斑逐渐增大，能量 逐渐分散。随着激光在加工、通信、军事等领域应用的不断拓展和深化，人脉越来越希望消 除衍射，降低激光束的传输耗散。由此，一个新的