[发明专利]一种用于实现微孔锥度可调加工的光学系统及加工方法

权利要求书

1.一种用于实现微孔锥度可调加工的光学系统，其特征在于：包括沿光路依次设置的激光束整形单元、激光束偏转单元和聚焦单元，其中，

所述激光束整形单元、激光束偏转单元和聚焦单元位于同一中轴线，激光束沿此中轴线入射；

所述激光束整形单元用于对激光束进行整形，将入射的平行光束变为收束或者发散的光束，从而改变出射光斑大小；

所述激光束偏转单元包括偏转透镜，所述偏转透镜的光束入射端端面为平面结构，其光束出射端端面为圆锥面，且圆锥面的旋转轴与经激光束整形单元整形后的激光束中心重合，圆锥面的母线与偏转透镜的光束入射端端面呈一定角度；经激光束整形单元整形后的激光束由偏转透镜的平面端面入射，经圆锥面偏转后使激光束的能量变为环形分布，并具有一定的偏转角度；

所述聚焦单元用于对环形激光束进行聚焦，得到能量集中的环形光斑；所述聚焦单元和激光束偏转单元的相对距离可调。

2.如权利要求1所述的一种用于实现微孔锥度可调加工的光学系统，其特征在于：在激光束整形单元之前还设置有激光器，该激光器出射光强呈高斯分布的平行激光束，且激光器和激光束整形单元之间还设置有用于使激光器出射的激光束沿激光束整形单元的中轴线射入的反射镜，激光束的中心与激光束整形单元的中轴线重合。

3.如权利要求1所述的一种用于实现微孔锥度可调加工的光学系统，其特征在于：所述激光束整形单元包括一个固定的第一聚焦镜和一个可沿光路方向来回移动的第二聚焦镜，且第一聚焦镜和第二聚焦镜位于同一中轴线上。

4.如权利要求1所述的一种用于实现微孔锥度可调加工的光学系统，其特征在于：所述偏转透镜由圆柱体结构的透镜一和圆锥结构的透镜二组合构成，且透镜二的圆锥底面与透镜一的圆柱底面重合。

5.如权利要求1所述的一种用于实现微孔锥度可调加工的光学系统，其特征在于：所述聚焦单元包括配合使用的透镜组。

6.采用如权利要求1～5任一项光学系统的微孔加工方法，其特征在于，包括如下过程：

S1、将激光束整形单元、激光束偏转单元和聚焦单元光路依次设置，且激光束整形单元、激光束偏转单元和聚焦单元位于同一中轴线，激光束沿此中轴线入射；其中，激光束整形单元包括一个固定的第一聚焦镜和一个可沿光路方向来回移动的第二聚焦镜；激光束偏转单元包括偏转透镜，所述偏转透镜的光束入射端端面为平面结构，其光束出射端端面为圆锥面，且圆锥面的旋转轴与经激光束整形单元整形后的激光束中心重合，圆锥面的母线与偏转透镜的光束入射端端面呈一定角度布置；

S2、通过控制激光束偏转单元中偏转透镜的圆锥面母线与偏转透镜的光束入射端端面所成的角度对加工的微孔孔径进行粗调，同时通过调节激光束整形单元中第一聚焦镜和第二聚焦镜的相对距离对加工的微孔孔径进行微调，从而使得微孔孔径满足加工要求；

S3、通过控制激光束偏转单元和聚焦单元的相对距离对加工的微孔锥度进行调节，满足不同锥度的微孔加工要求。

7.如权利要求6所述的微孔加工方法，其特征在于，所述微孔孔径粗调的方式：偏转透镜的圆锥面母线与偏转透镜的光束入射端端面所成的角度越大，光束偏转越大，得到聚焦单元输出的环形光斑越大，从而使得加工的微孔孔径变大；反之，偏转透镜的圆锥面母线与偏转透镜的光束入射端端面所成的角度越小，得到加工的微孔孔径变小。

8.如权利要求6所述的微孔加工方法，其特征在于，所述微孔孔径微调的方式：所述第一聚焦镜和第二聚焦镜的焦距分别为f₁和f₂，通过移动第二聚焦镜的位置控制第一聚焦镜和第二聚焦镜的相对距离d，当d＜f₁＋f₂时，光斑会随着d的减小而增大，当d＞f₁＋f₂时，光斑会随着d的增大而减小。