專利名稱：激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光加工裝置。
背景技術(shù)：
由于加工效率高 、精度好，激光目前已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的微孔加工，廣泛應(yīng)用于單晶硅片劃切、樹脂基板的穿孔、金剛石切割和打孔、寶石刻字等領(lǐng)域。不同材料對不同波長的激光的吸收不同，并不是波長越短的激光加工效果越好。例如，金剛石相對于可見光和紅外光而言，其對短波長(如紫外)的輻射具有較高的吸收率，所以如果待加工材料為金剛石，用短波長激光加工會有很好的效果；而當(dāng)金剛石為待加工材料基底時(shí)，用短(紫外)波段激光加工會對基底造成損傷，影響加工質(zhì)量。所以，通常人們會根據(jù)加工材料的不同而選擇不同波長的加工裝置，但是這樣做就需要購置多臺激光加工裝置，硬件成本很高?；蛘咴谝慌_裝置上根據(jù)不同波長光源裝配不同構(gòu)件，則整個(gè)裝置變得體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?；蛘呤褂枚嗖ㄩL激光器作為光源，不同波長的光源在加工時(shí)的工作距離不相同，根據(jù)每個(gè)波長配備相應(yīng)的聚焦物鏡，例如三波長激光器需要三個(gè)物鏡，但是加工時(shí)只能出單一波長的激光，而且使用其他波長就要換物鏡并重新調(diào)節(jié)工作距離，十分繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種激光加工裝置，使用任意一種、兩種或多種激光加工時(shí)不需要更換聚焦物鏡，不需要調(diào)整工作距離，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提供一種激光加工裝置，包括可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器，適于輸出第一波長激光和第二波長激光，其中第一波長激光經(jīng)過的光路為第一光路，第二波長激光經(jīng)過的光路為第二光路；第一光路上的第一擴(kuò)束鏡組、第一反射鏡、末端反射鏡、以及聚焦物鏡，所述第一反射鏡適于透射第一波長激光并且反射第二波長激光到所述末端反射鏡，所述末端反射鏡適于將接收的激光反射到聚焦物鏡，所述聚焦物鏡適于將接收的激光匯聚到焦點(diǎn)；和第二光路上的第二擴(kuò)束鏡組、第二反射鏡，所述第二反射鏡適于反射第二波長激光到所述第一反射鏡以耦合進(jìn)第一光路；其中，所述第一和第二擴(kuò)束鏡組包括多片透鏡，通過調(diào)節(jié)所述第一擴(kuò)束鏡組和第二擴(kuò)束鏡組中的透鏡間距離，使第一波長激光和第二波長激光經(jīng)過聚焦物鏡聚焦在同一個(gè)焦點(diǎn)。可選的，所述聚焦物鏡為顯微物鏡或反射式物鏡。可選的，所述可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器輸出的激光的脈寬形式包括納秒激光，皮秒激光和飛秒激光。可選的，所述可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器還適于輸出第三波長激光，所述第三波長激光經(jīng)過的光路為第三光路；所述激光加工裝置還包括第三光路上的第三擴(kuò)束鏡組、第三反射鏡，所述第三反射鏡適于透射第二波長激光并且反射第三波長激光到第一反射鏡；所述第一反射鏡還適于反射第三波長激光以將其耦合進(jìn)第一光路?？蛇x的，所述可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器還適于輸出第四波長激光，所述第四波長激光經(jīng)過的光路為第四光路；所述激光加工裝置還包括第四光路上的第四擴(kuò)束鏡組、第四反射鏡，所述第四反射鏡適于透射第二波長激光并且反射第四波長激光到第一反射鏡；所述第三反射鏡還適于透射第四波長激光到所述第一反射鏡；所述第一反射鏡還適于反射第四波長激光以將其耦合進(jìn)第一光路?？蛇x的，所述第一波長激光的波長為355nm ;所述第二波長激光的波長為1064nm ；所述第三波長激光的波長 為532nm。可選的，所述第一反射鏡鍍355nm45度增透射膜、532nm和1064nm45度高反射膜；所述第三反射鏡鍍1064nm45度增透射膜、532nm45度高反射膜；所述第二反射鏡鍍1064nm45度高反射膜；所述末端反射鏡鍍355nm、532nm和1064nm45度高反射膜?？蛇x的，所述激光加工裝置還包括真空吸盤以及四維精密電控平移臺；所述真空吸盤吸附加工對象，從而減少環(huán)境震動對加工造成的影響；所述真空吸盤被固定在四維精密電控平移臺上；所述四維精密電控平移臺能夠線性運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動?？蛇x的，所述擴(kuò)束鏡組內(nèi)的透鏡類型為凸透鏡或凹透鏡。與現(xiàn)有技術(shù)先比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)利用調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡組中透鏡間距離，使不同波長的激光能夠聚焦在同一個(gè)焦點(diǎn)處，所以使用一個(gè)聚焦物鏡即可對多束激光聚焦，不需更換聚焦物鏡。(2)多個(gè)波長的激光經(jīng)聚焦物鏡后焦點(diǎn)在同一位置，在加工復(fù)合材料時(shí)，可根據(jù)材料選擇將要采用加工的激光波長數(shù)目，可實(shí)現(xiàn)一次加工成型，不需要反復(fù)加工。


圖I是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中提供的激光加工裝置的光路示意圖；圖2是圖I中擴(kuò)束鏡組結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是調(diào)節(jié)圖2中擴(kuò)束鏡組以改變焦點(diǎn)的示意圖；圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中355nm，532nm和1064nm波長激光的聚焦光斑示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種激光加工裝置。如圖I所示，該激光加工裝置包括可三路輸出三個(gè)波長激光的激光器101，在激光器101輸出的激光光路上的擴(kuò)束鏡組102、反射鏡103 106和聚焦物鏡107，真空吸盤109以及四維精密電控平移臺110。其中，激光器101可輸出的激光波長分別為1064nm(即基頻光)，532nm(即二倍頻光)和355nm(即三倍頻光)。功率為1064nm時(shí)15W，532nm時(shí)7. 5ff, 355nm時(shí)3W。重復(fù)頻率為ΙΟΚΗζ，脈沖寬度均為13ps。優(yōu)選的，由于在355nm時(shí)的功率最低，為了減少功率損失，355nm的激光應(yīng)在到達(dá)聚焦物鏡107前經(jīng)過的鏡片最少。因此，如圖I所示，三束激光的波長從上至下依次是355nm,532nm 和 1064nm。優(yōu)選的，激光器101具有可選擇輸出功能。即可輸出任意一個(gè)波長的激光，兩個(gè)波長的激光或三個(gè)波長的激光同時(shí)輸出。反射鏡103 反射鏡106的鍍膜種類分別為反射鏡103鍍355nm45度增透射膜、532nm和1064nm45度高反射膜；反射鏡104鍍1064nm45度增透射膜、532nm45度高反射膜；反射鏡105鍍1064nm45度高反射膜；反射鏡106鍍45度355nm、532nm和1064nm高反射膜。從而反射鏡103 106成為三倍頻或四倍頻光透射、二倍頻光和基頻光反射鏡103 ；二倍頻光反射、基頻光透射鏡104 ;基頻光反射鏡105 ;基頻光、二倍頻光和三倍頻或四倍頻光全反射鏡106。所述聚集物鏡107可以是反射式物鏡或是顯微物鏡，可將激光聚焦在焦點(diǎn)上，此焦點(diǎn)位于加工對象108表面；該表面到聚焦物鏡107的距離即為工作距離111。加工對象108被吸附在真空吸盤109上，目的是減少環(huán)境震動對加工造成的影響。真空吸盤109被固定在四維精密電控平移臺110上。四維精密電控平移臺110由計(jì)算機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。本實(shí)施例中，聚焦物鏡為顯微物鏡。有效焦距為40. 9mm，數(shù)值孔徑為O. 3。355nm，532nm和1064nm波長平行光經(jīng)過同一個(gè)聚焦物鏡，355nm光的波長短，折射率大，最先聚焦，其焦點(diǎn)距離聚焦物鏡最近；然后是532nm光，最后是1064nm光。雖然這三束光同軸入射到聚焦物鏡，但焦點(diǎn)卻出現(xiàn)三個(gè)，這就是色差。本實(shí)施例中，所述擴(kuò)束鏡組102包含兩片透鏡，透鏡301和透鏡302，如圖2所示。其中，透鏡301的焦距為fl，透鏡302的焦距為f2，透鏡301和透鏡302之間的距離為d，則擴(kuò)束鏡組102的焦距f的計(jì)算方式如下
「m - f丄/ = -~~-
f'+ fi_d分析該公式，如果d增大，則f增大，則入射光線將在更遠(yuǎn)的地方匯聚。參考圖3，左側(cè)為入射光，當(dāng)透鏡301和透鏡302之間的距離d增加時(shí)，出射光線不再完全平行，光線之間角度增加(即光線)Dl將增大，經(jīng)過兩個(gè)反射鏡401、402后(反射鏡不改變光線的趨勢)，D2、D3也將增大，最后經(jīng)過聚焦物鏡107，焦點(diǎn)的距離D'大于D，即焦點(diǎn)1071更遠(yuǎn)離聚焦物鏡107?；谏鲜龇治?，參考圖1，以所述三個(gè)焦點(diǎn)中的一個(gè)例如532nm光(經(jīng)過擴(kuò)束鏡組1022)通過聚焦物鏡107的焦點(diǎn)為基準(zhǔn)；擴(kuò)大擴(kuò)束鏡組1021中兩片透鏡之間的距離，將355nm波長的光經(jīng)過聚焦物鏡107的焦點(diǎn)下移，與532nm對應(yīng)的焦點(diǎn)重合；縮小擴(kuò)束鏡組1023中兩片透鏡之間的距離，將1064nm波長的光經(jīng)過聚焦物鏡107的焦點(diǎn)上移，與532nm對應(yīng)的焦點(diǎn)重合；將所述三個(gè)焦點(diǎn)調(diào)整到同一個(gè)位置。再將擴(kuò)束鏡組102中的透鏡位置固定，這樣就保證了加工時(shí)工作距離為定值。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述擴(kuò)束鏡組內(nèi)的透鏡可以為凸透鏡或凹透鏡，可以包括多片透鏡。如圖4所示，聚焦光斑的位置均在加工對象108表面，其中光斑301為1064nm波長的激光聚焦光斑(直徑約為12微米)，光斑302為532nm波長的激光聚焦光斑(直徑約為6微米)，光斑303為355nm波長的激光聚焦光斑(直徑約為4微米)。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，上述激光加工裝置可以包括可多路(大于等于兩路)輸出激光的激光器，通過調(diào)整各路激光光路中的擴(kuò)束鏡組內(nèi)的透鏡間距，使多路激光經(jīng)過聚焦物鏡聚焦于同一點(diǎn)，保證加工中的工作距離不變。本發(fā)明的激光加工裝置可提供多種波長激光通過同一個(gè)光路輸出，不需要更換原件。不但節(jié)約了成本，而且調(diào)節(jié)方便簡單，具有較好的應(yīng)用前景?！?br> 應(yīng)該注意到并理解，在不脫離后附的權(quán)利要求所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿?xì)描述的本發(fā)明做出各種修改和改進(jìn)。因此，要求保護(hù)的技術(shù)方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導(dǎo)的限制。
權(quán)利要求
1.一種激光加工裝置，包括 可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器，適于輸出第一波長激光和第二波長激光，其中第一波長激光經(jīng)過的光路為第一光路，第二波長激光經(jīng)過的光路為第二光路； 第一光路上的第一擴(kuò)束鏡組、第一反射鏡、末端反射鏡、以及聚焦物鏡，所述第一反射鏡適于透射第一波長激光并且反射第二波長激光到所述末端反射鏡，所述末端反射鏡適于將接收的激光反射到聚焦物鏡，所述聚焦物鏡適于將接收的激光匯聚到焦點(diǎn)；和 第二光路上的第二擴(kuò)束鏡組、第二反射鏡，所述第二反射鏡適于反射第二波長激光到所述第一反射鏡以耦合進(jìn)第一光路； 其中，所述第一和第二擴(kuò)束鏡組包括多片透鏡，通過調(diào)節(jié)所述第一擴(kuò)束鏡組和第二擴(kuò)束鏡組中的透鏡間距離，使第一波長激光和第二波長激光經(jīng)過聚焦物鏡聚焦在同一個(gè)焦點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，其中，所述聚焦物鏡為顯微物鏡或反射式物鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，其中，所述可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器輸出的激光的脈寬形式包括納秒激光，皮秒激光和飛秒激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，其中， 所述可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器還適于輸出第三波長激光，所述第三波長激光經(jīng)過的光路為第三光路； 所述激光加工裝置還包括第三光路上的第三擴(kuò)束鏡組、第三反射鏡，所述第三反射鏡適于透射第二波長激光并且反射第三波長激光到第一反射鏡； 所述第一反射鏡還適于反射第三波長激光以將其耦合進(jìn)第一光路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光加工裝置，其中， 所述可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器還適于輸出第四波長激光，所述第四波長激光經(jīng)過的光路為第四光路； 所述激光加工裝置還包括第四光路上的第四擴(kuò)束鏡組、第四反射鏡，所述第四反射鏡適于透射第二波長激光并且反射第四波長激光到第一反射鏡； 所述第三反射鏡還適于透射第四波長激光到所述第一反射鏡； 所述第一反射鏡還適于反射第四波長激光以將其耦合進(jìn)第一光路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光加工裝置，其中， 所述第一波長激光的波長為355nm ； 所述第二波長激光的波長為1064nm ； 所述第三波長激光的波長為532nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光加工裝置，其中， 所述第一反射鏡鍍355nm45度增透射膜、532nm和1064nm45度高反射膜； 所述第三反射鏡鍍1064nm45度增透射膜、532nm45度高反射膜； 所述第二反射鏡鍍1064nm45度高反射膜； 所述末端反射鏡鍍355nm、532nm和1064nm45度高反射膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，還包括真空吸盤以及四維精密電控平移臺； 所述真空吸盤吸附加工對象，從而減少環(huán)境震動對加工造成的影響；所述真空吸盤被固定在四維精密電控平移臺上； 所述四維精密電控平移臺能夠線性運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工裝置，所述擴(kuò)束鏡組內(nèi)的透鏡類型為凸透鏡或凹透鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光加工裝置，包括可多路輸出多個(gè)波長激光的激光器，適于輸出第一波長激光和第二波長激光，其中第一波長激光經(jīng)過的光路為第一光路，第二波長激光經(jīng)過的光路為第二光路；第一光路上的第一擴(kuò)束鏡組、第一反射鏡、末端反射鏡、以及聚焦物鏡，所述第一反射鏡適于透射第一波長激光并且反射第二波長激光到所述末端反射鏡，所述末端反射鏡適于將接收的激光反射到聚焦物鏡，所述聚焦物鏡適于將接收的激光匯聚到焦點(diǎn)；和第二光路上的第二擴(kuò)束鏡組、第二反射鏡，所述第二反射鏡適于反射第二波長激光到所述第一反射鏡；通過調(diào)節(jié)所述第一擴(kuò)束鏡組和第二擴(kuò)束鏡組中的透鏡間距離，使第一波長激光和第二波長激光經(jīng)過聚焦物鏡聚焦在同一個(gè)焦點(diǎn)。
文檔編號B23K26/04GK102837125SQ20111035604
公開日2012年12月26日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者余錦, 劉洋, 張雪, 邊強(qiáng), 李晗, 樊仲維, 趙天卓, 閆瑩, 麻云鳳, 黃科 申請人:中國科學(xué)院光電研究院