[发明专利]椭圆贝塞尔切割头装置

说明书

本发明公开了椭圆贝塞尔切割头装置，直接驱动电机通过转接件连接二维平移台，二维平移台通过转接块固定切割头，可驱动切割头旋转和二维平移运动；切割头包含沿光路设置的衍射式锥透镜和聚焦镜，将高斯分布的激光束整形为椭圆贝塞尔分布光束；衍射式锥透镜元件表面具有微结构，微结构呈环形光栅结构；采用椭圆分布的衍射式锥透镜，结合聚焦镜，将高斯分布的超短脉冲激光整形为椭圆贝塞尔光束，在蓝宝石和玻璃引导出沿椭圆长轴方向的裂纹；沿图案切线角度旋转切割头，实现任意图案的加工，避免普通贝塞尔光束加工产生的斜裂纹。提高了激光传输效率、结构十分紧凑。

技术领域

本发明涉及一种椭圆贝塞尔切割头装置，用于将超短脉冲激光从高斯分布整形成椭圆贝塞尔分布，属于激光加工领域。

背景技术

普通贝塞尔光束加工各向异性的蓝宝石，易产生斜裂纹。专利公开号CN212587848U公开了一种激光装置，采用挡光条等调制器件，获得与调制器件相垂直的椭圆形切割光束，通过轴向旋转调制器件，控制切割方向；但挡光条阻挡了部分光束，降低了加工能量。

本发明采用无阻挡、高透过率的椭圆分布的衍射式锥透镜，结合聚焦镜获得椭圆贝塞尔光束，在蓝宝石和玻璃中引导出沿椭圆长轴方向的裂纹，沿图案切线角度旋转切割头，实现任意图案的加工。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种椭圆贝塞尔切割头装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

椭圆贝塞尔切割头装置，特点是：直接驱动电机通过转接件连接二维平移台，二维平移台通过转接块固定切割头，可驱动切割头旋转和二维平移运动；所述切割头包含沿光路设置的衍射式锥透镜和聚焦镜，将高斯分布的激光束整形为椭圆贝塞尔分布光束。

进一步地，上述的椭圆贝塞尔切割头装置，其中，衍射式锥透镜元件表面具有微结构，微结构呈环形光栅结构，光栅周期d与锥角γ的关系式为：

d＝λ/sin[γ(n-1)]

式中，λ为激光波长，n为材料折射率；

锥角γ范围是0.5°～20°，对应的顶角范围是179°～140°。

进一步地，上述的椭圆贝塞尔切割头装置，其中，微结构为G阶的环形光栅结构，G为整数，每个周期内G个台阶的宽度均为d/G，每个周期内G个台阶相对相位依次构成首项0、末项2(G-1)π/G和公差为2π/G的等差数列。

进一步地，上述的椭圆贝塞尔切割头装置，其中，微结构为G阶的环形光栅结构，G为整数，每个周期内G个台阶相对深度构成首项为0、末项为(G-1)λ/[G(n-1)]和公差为λ/[G(n-1)]的等差数列，n为材料折射率。

进一步地，上述的椭圆贝塞尔切割头装置，其中，衍射式锥透镜的材质为熔融石英玻璃、BK7玻璃或S-LAH64玻璃，室温下，熔融石英玻璃、BK7玻璃和S-LAH64玻璃在1064nm处的折射率分别为1.4496、1.5066、1.7688。

进一步地，上述的椭圆贝塞尔切割头装置，其中，G≥2。

进一步地，上述的椭圆贝塞尔切割头装置，其中，衍射式锥透镜上镀膜；

椭圆方程，长轴和短轴半径分别为a和ell×a，ell表示椭圆的圆度，0％ell≤100％；

坐标(x,y)处的长轴半径a，

坐标x和y的步长Δ＝d/G，G表示阶数，矩阵长度M为：

R表示衍射式锥透镜元件半径，坐标x和y均由-(M-1)Δ/2为首项、Δ为公差、(M-1)Δ/2为末项的等差数列构成；