[发明专利]一种超快激光微孔旋切加工装置

说明书

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种基于道威棱镜的贝塞尔激光光束旋切打孔装置。所述一种超快激光旋切打孔装置，包括超快激光器、激光光束能量分布转换系统、激光入射方位调节系统、激光偏振态平衡系统、旋转光学系统、平衡光学系统和贝塞尔激光束动态聚焦系统。其中激光入射方位调节系统选用三块楔形棱镜组成，在保持较低加工成本的同时极大的提升了加工精度；采用激光光束能量分布转换系统和贝塞尔激光束动态聚焦系统联合组成一种可适用于道威棱镜的贝塞尔光束实现系统；并且本发明利用贝塞尔光束进行激光旋切微孔加工，相比于现有的微孔加工方式，有效提高了所加工微孔的精度，增加了其锥度可控性，并且提高了所能加工微孔的深径比。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种基于道威棱镜的贝塞尔超快激光光束的微孔旋切加工装置。

背景技术

随着制造技术以及微流体技术的发展，数十或者数百微米直径尺寸微孔或微孔阵列广泛应用于航空航天、能源、汽车制造等众多领域，并且随着相关性能要求的提高，其对于微孔制造的尺寸、精度、形貌以及深径比提出了更高层次的要求。传统的机械加工、放电加工、电化学加工等加工手段受制于加工尺寸、材料选择性以及精度的限制已不再适用于如今对于微孔制造的要求，相比于传统的加工方式，激光加工有着更高的加工效率、更小的加工特征尺寸以及对加工材料无选择性，因此利用激光技术加工微孔已经成为微孔制造的主要方式。

超快激光（激光脉宽10ps）具有极高的峰值功率和超短的脉冲宽度，在加工制造过程中具有热影响区小，所加工形貌质量高，并且可以加工高温合金、宝石、陶瓷、玻璃等硬脆、难加工的材料，对所加工材料无选择性，同时又具有非接触和效率高的优势，使得超快激光加工成为微纳加工制造方式的不二之选。但由于传统的超快激光加工所采用的激光光束能量分布为激光器所直接射出的高斯型能量分布激光束，由于高斯型激光束在聚焦时，聚焦光斑越小，其发散角就越大，并且其瑞利半径就越小。而在微孔加工制造过程中，激光聚焦光斑处光束的发散角越大，所加工微孔的锥度就越大；激光光束聚焦处的瑞利半径越小，其所能加工微孔的深径比就越小。

利用激光旋切加工可以解决激光微孔加工中微孔孔径不可调的问题，目前多采用楔形棱镜组合的方式和道威棱镜的方式来实现激光旋切加工微孔，但这种方式依然无法解决所加工微孔的锥度不可控问题，并且不能加工出较大深径比的微孔；并且传统的基于道威棱镜的激光旋切加工系统在改变激光与材料之间的入射角度时，采用平移反射镜的方法来实现此功能，由于加工过程中所需改变的反射镜位移较小，因此利用此种方法来实现激光与材料之间的入射角度时其精度较差，所加工微孔的尺寸精度也随之较差；为解决激光微孔加工过程中微孔锥度的问题以及提高所加工微孔的深径比，相关研究人员提出利用贝塞尔光束进行微孔加工，但贝塞尔光束的实现受制于目前贝塞尔光束转换系统的影响，无法适用于基于道威棱镜的激光旋切微孔加工系统，因此目前的激光微孔旋切装置无法有效利用贝塞尔光束进行微孔加工。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种超快激光微孔旋切加工装置，克服现有技术中微孔的锥度问题、激光入射角度控制精度问题以及无法实现大深径比微孔加工的缺陷。

（二）技术方案

为了加工出更高形貌质量、更小锥度和更大深径比的微孔，解决上述问题，本发明提供一种超快激光微孔旋切加工装置，其特征在于：该超快激光微孔旋切加工装置包括超快激光器、激光光束能量分布转换系统、激光入射方位调节系统、激光偏振态平衡系统、旋转光学系统、平衡光学系统和贝塞尔激光束动态聚焦系统；

所述超快激光器可以出射高斯能量分布的超快激光束，并且激光束依次通过所述激光光束能量分布转换系统、所述激光入射方位调节系统、所述激光偏振态平衡系统、所述旋转光学系统、所述平衡光学系统和贝塞尔激光束动态聚焦系统，最终作用于靶材上通过旋切的方式实现微孔加工；

所述激光光束能量分布调节系统包括激光扩束准直系统及两块同轴放置的轴锥棱镜；