[发明专利]一种锋芒类光束产生装置、深孔激光加工装置及方法

说明书

本发明涉及一种锋芒类光束产生装置、深孔激光加工装置及方法，属于激光加工技术领域，解决了现有技术中利用透镜对激光进行聚焦产生的光束瑞利长度短、进行深孔激光加工精度低、效率低的问题。该锋芒类光束产生装置包括：准直组件，用于对激光器产生的高斯光束进行准直；相位掩膜板，用于对准直后的高斯光束进行立方相位波前调控，获得锋芒类光束。该装置能够获得瑞利长度长的锋芒类光束，很大程度上提高了深孔激光加工的加工精度和加工效率。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种锋芒类光束产生装置、深孔激光加工装置及方法。

背景技术

目前，激光焊接、激光打标及激光切割等激光工艺技术普遍应用于制造行业，尤其在高端制造领域更是广泛采用激光加工技术。在激光加工过程中，激光聚焦后的瑞利长度是影响加工质量的重要参数。

现有技术中，通常采用透镜或透镜组对激光光束进行聚焦，利用聚焦后的激光光束进行激光加工。

现有技术中至少存在以下缺陷，采用透镜或透镜组对激光光束进行聚焦产生的光束瑞利长度短，随着激光从工件表面向其纵深进行刻蚀，激光在工件刻蚀处的光斑逐渐增大，同样精度下导致孔径和深度比较大，不利于工件的深孔刻蚀加工。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种锋芒类光束产生装置、深孔激光加工装置及方法，用以解决现有技术中利用透镜对激光进行聚焦产生的光束瑞利长度短、进行深孔激光加工精度低、效率低，不利于深孔刻蚀加工的问题。

一方面，本发明提供了一种锋芒类光束产生装置，包括：

准直组件，用于对激光器产生的高斯光束进行准直；

相位掩膜板，用于对准直后的所述高斯光束进行立方相位波前调控，获得锋芒类光束。

进一步的，所述相位掩膜板为同心环结构。

进一步的，所述相位掩膜板包括多个位于同一水平面、高度相同的同心环结构；

每一同心环结构均包括多个子同心环结构，在所述同心环结构中，沿其靠近圆心的一侧至其远离圆心的一侧的方向，各子同心环结构的高度呈阶梯状跳变上升，且跳变高度均相同。

进一步的，所述相位掩膜板中，每一同心环结构均具有2π相深。

进一步的，若将每一所述同心环结构均沿所述相位掩膜板的中垂轴方向移动高出其内侧相邻同心环结构预设高度，多个所述同心环结构形成的凹面为三次曲面，并满足下述曲面公式：

z＝a(x³+y³)，

其中，所述预设高度为所述同心环结构的高度，a表示三次曲面的幅值。

进一步的，所述三次曲面的幅值a与经所述深孔激光加工装置产生的锋芒类光束的瑞利长度呈负相关。

进一步的，所述跳变高度的取值范围为[20nm,60nm]，所述相位掩膜板的半径为厘米量级，厚度为毫米量级。

进一步的，所述相位掩膜板的材质为熔融石英。

另一方面，本发明提出了一种深孔激光加工装置，包括锋芒类光束产生装置、傅里叶透镜以及高精密位移台；

所述锋芒类光束产生装置，用于产生锋芒类光束；

所述傅里叶透镜，用于对所述锋芒类光束进行傅里叶变换实现光束聚焦；

所述高精密位移台包括相位掩模板夹具、傅里叶透镜夹具、伺服电机和移动控制器；

所述相位掩模板夹具用于固定相位掩膜板，所述傅里叶透镜夹具用于固定傅里叶透镜；