[发明专利]用于切割透明材料的具有轴锥的贝塞尔光束

说明书

一种贝塞尔光束激光切割系统可以包括超快激光光源、轴锥、第一透镜和第二透镜。超快光源可以配置为将光束发射到轴锥中。轴锥可以配置为将光束衍射成轴锥近场中的第一/主贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束。第一透镜可以配置为聚焦环形光束。第二透镜可以配置为将聚焦的环形光束会聚成第二/副贝塞尔光束以改性透明材料，其中由第二/副贝塞尔光束产生的改性的改性深度在透明材料内部的数十微米至几毫米的范围内。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2019年8月28日提交的标题为“用于玻璃切割的具有轴锥的贝塞尔光束”的专利合作条约(PCT)申请PCT/CN2019/102977的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及一种用于激光切割透明材料的系统，特别涉及一种利用由轴锥产生的贝塞尔光束来切割诸如玻璃的透明材料的系统。在此含义中，透明是指对于所使用的激光波长而言是透明的。其对于人眼可能是不透明的。

背景技术

贝塞尔光束是具有扩展的景深(也称为瑞利范围)和自重构特性的非衍射激光束。扩展的景深使得能够产生具有均匀能量分布的细长焦点区域。

发明内容

根据一些实施方式，一种贝塞尔光束激光切割系统可以包括：超快激光光源，其配置为将光束发射到轴锥中；轴锥配置为将光束衍射成轴锥近场中的第一贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束；第一透镜，其配置为聚焦环形光束；以及第二透镜，其配置为将聚焦的环形光束会聚成第二贝塞尔光束，以改性透明材料，其中由第二贝塞尔光束产生的改性的深度在透明材料内部的数十微米至几毫米的范围内。

根据一些实施方式，一种用于透明材料的切割系统可以包括：超快激光光源，其配置为将超短激光脉冲(例如，脉冲持续时间从几飞秒到几百皮秒的激光脉冲)发射到轴锥中；轴锥配置为将超短激光脉冲衍射成轴锥近场中的第一贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束，其中第一贝塞尔光束的景深长度为在空气中的10毫米至在空气中的1米的范围内；第一透镜，其配置为聚焦环形光束；以及第二透镜，其配置为将聚焦的环形光束会聚成第二贝塞尔光束，以改性透明材料，其中第二贝塞尔光束的景深长度为在空气中的30毫米至在空气中的15毫米的范围内；并且其中第二贝塞尔光束的切割深度在透明材料中为20微米至10毫米的范围内。

根据一些实施方式，一种贝塞尔光束切割系统可以包括：光源，其配置为将光束发射到轴锥中；其中光束的直径与轴锥的净光圈相关(例如，对于1英寸轴锥的85％净光圈，直径将小于或等于22.8毫米)；轴锥配置为将输入光束衍射成轴锥近场中的第一贝塞尔光束和轴锥远场中的环形光束；其中轴锥的顶角配置为在100至180度的范围内；以及第一透镜和第二透镜，其配置为将环形光束缩小为第二贝塞尔光束以改性透明材料，其中第一透镜和第二透镜对环形光束的轴向放大率在1/2500至1的范围内，并且其中第二贝塞尔光束的改性深度在透明材料为在30微米至10毫米的范围内。

附图说明

图1是本文描述的示例实施方式的图。

具体实施方式

示例实施方式的以下详细描述参考附图。

在某些情况下，可以使用基于激光的切割系统来在透明材料比如玻璃中切割特定几何形状。例如，现有的基于激光的切割系统包括高像差基于激光的切割系统、基于偏振诱导的焦点偏移激光的切割系统、基于全息折射或反射激光的切割系统和/或用于在透明材料中切割孔的等。然而，在许多情况下，现有的基于激光的切割系统在透明材料中切割特定几何形状时沿切割道/轨迹(例如由喷射的透明材料颗粒构成)产生碎屑，从而影响切割的几何形状的边缘和侧壁的质量并且污染切割道周围的切割部分的表面(例如在尺寸精度、侧壁光滑度等方面)。此外，在许多情况下，现有的激光切割系统会形成热影响区域，其延伸到被切割的几何形状之外，这可能会损坏沿几何形状的切割道/轨迹的区域。