一种激光快速分离光学晶体装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光快速分离光学晶体装置，包括微裂纹预制机构、单焦点激光加工系统和二维工作台；二维工作台用于固定晶体，其四角安装有能提供拉力的弹簧，二维工作台表面为气浮或者分离路径镂空；微裂纹预制机构位于所述二维工作台一侧，用于在待加工光学晶体上设置一个分离方向和产生初始微裂纹；单焦点激光加工系统位于所述二维工作台上方，用于提供聚焦激光，并对初始微裂纹上形成一条激光微裂缝及最终实现晶体高质量分离。本实用新型可提高光学晶体分离的速度、精度、加工安全性及质量，以实现光学晶体的无损耗分离和准抛光级光洁度分离表面。
【专利说明】一种激光快速分离光学晶体装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光加工应用【技术领域】，涉及一种激光快速分离光学晶体装置。本实用新型能够利用激光快速并高质量地分离加工透明材料，尤其是能安全、快速和高质量地分离磷酸二氢钾(KDP)等光学晶体。
【背景技术】
[0002]KDP型晶体是一类重要的多功能晶体材料，二战期间，KDP被用于制造压电换能器和声呐等装备而成为军用物资。自20世纪60年代激光技术出现以后，这类晶体材料由于具有较高的非线性光学系数、宽的透光波段以及优良的电光、频率转换性能在光电子【技术领域】中得到了广泛的应用。特别是近年来随着惯性约束核聚变(ICF)技术的兴起和ICF在受控热核反应、模拟核爆等重大技术上的前景，使得对KDP型晶体的研究又进入了一个新的阶段。因为尽管各种新型的非线性光学晶体不断涌现，但纵观其综合的性能，尤其是所需的特大尺寸，到目前为止能用于ICF系统的也仅仅只有KDP型晶体。鉴于此型晶体的战略意义，西方发达国家禁止出口其大尺寸、高质量KDP光学晶体材料及相关加工技术，致使该材料在国际市场上十分紧俏。获得所需的KDP晶体，是我国自行研制核发电机组工作的当务之急，随着核能发电业的发展，此型晶体的需求量将越来越大，研发出具有自主知识产权的KDP晶体加工技术将会带来巨大的经济和社会效益。
[0003]目前我国在大尺寸KDP生长工艺技术上已获得了较大的突破，但在KDP晶体坯体切割分离加工方面，仍然是一个较大的瓶颈问题。国内KDP晶体切割主要是采用机械方法——油冷锯条切割。由于KDP型晶体对生长工艺和生长环境要求苛刻，生长大尺寸晶体的周期很长、成品率极低，并且具有典型的宏观对称性、微观对称性以及薄膜对称性，使得晶体的物理性质表现为显著的各向异性，不同方向的弹性系数、热膨胀系数、抗拉强度、抗压强度以及断裂韧性等均不一致，同时晶体内部点阵排列的周期性使得光学晶体大多表现出质软、高脆性和易解理。这些因素会导致在传统机械加工切割过程中出现崩边、微裂纹以及碎裂现象，造成晶体的机械切割成功率极低，更不用说高精度的分离，因此这类晶体被公认为世界最难加工材料之一。此外，光学晶体生长过程中的杂质和错位会使得晶体内部出现晶包或缺陷，其产生的内应力和应变极易使晶体发生开裂，导致晶体加工过程中受机械应力、震动和热应力影响非常大，加工过程缓慢且困难，分离效率极低。同时光学元器件对加工后晶体表面的质量要求非常高，而晶体又多为溶液法生长，对机械加工中的粉尘及泠却液敏感，极易发生潮解和污染。
[0004]本 申请人:于2011年02月24日提出了“一种双激光束分离光学晶体装置”的发明专利申请(专利号为CN102152003A)。该方法将高峰值功率密度、低脉冲能量的第一超快激光束聚焦进光学晶体内部，激光焦点处的晶体材料由于受到极强的光场而产生多光子电离效应，使该处的晶体发生相变、局部熔化和改性，从而大幅提高焦点区域的光吸收率和降低该区域的结合力。利用三维工作台的移动使第一激光作用区域形成贯穿整个晶体的预处理面。再采用低峰值功率、高脉冲能量的第二激光束作用于所述预处理面上，使光学晶体分离。
[0005]该方法虽然实现了 KDP晶体的无接触分离，但必须使用超快激光在晶体内形成一个预处理面，依然存在以下问题:(I)使用超快激光对晶体进行改性对光强控制精度和稳定性要求极高，机构复杂，设备昂贵。(2)制作一个贯穿分离轨迹的改性面会破坏晶体内应力稳定性，遇到材料晶格缺陷时还会形成爆点，制作过程中时常发生开裂。(3)贯穿晶体的预处理面会破坏分离侧壁的粗糙度和材料性能，致使分离后的晶体侧壁必须对预处理区域进行抛光去除方可使用。(4)该方法的分离原理为激光加热材料膨胀之后冷却而产生的拉应力，因此其分离速度严重受制于材料的冷却，虽然较传统机械切割快得多，但速度仍然不能满足实际需求。
实用新型内容
[0006]本实用新型提供的一种激光快速分离光学晶体装置，目的在于进一步提高光学晶体分离的速度、精度、加工安全性及质量，以实现光学晶体的无损耗分离和准抛光级光洁度的晶体分离表面。
[0007]本实用新型提供的激光快速分离光学晶体装置，其特征在于，该装置包括微裂纹预制机构、单焦点激光加工系统和二维工作台；
[0008]所述二维工作台用于固定晶体，其四角安装有能提供拉力的弹簧，二维工作台表面为气浮或者分离路径镂空；所述微裂纹预制机构位于所述二维工作台一侧，用于在待加工光学晶体上设置一个分离方向和产生初始微裂纹；所述单焦点激光加工系统位于二维工作台上方，用于提供聚焦激光，并在初始微裂纹上扫描，形成一条激光诱导微裂缝及最终实现晶体高质量分离。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述微裂纹预制机构包括依次位于一条光路上的超快激光器、第二反射镜、第二扩束镜、激光振镜，第一、第二大尺寸透镜，显微聚焦物镜和第二 Z轴移动机构；其中激光振镜，第一、第二大尺寸透镜以及显微聚焦物镜依次排列固定于第二Z轴移动机构上；工作时，超快激光经过激光振镜和第一、第二大尺寸透镜进入显微聚焦物镜，聚焦后在晶体内部形成一个能量密度极高的区域，从而实现晶体材料在微米或纳米尺度的微去除；通过激光振镜和第二 Z轴移动机构的共同作用，在晶体内形成微米级的微裂纹；加工过程中产生的等离子气体在裂纹的侧壁附着，改变晶体内部的热应力分布，实现高精度分离。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进，所述微裂纹预制机构包括一个二维导轨平台、一个伺服电机以及微型金刚石砂轮；伺服电机固定于二维导轨平台之上，金刚石砂轮以垂直于电机轴的方向安置于电机轴之上；伺服电机用于带动金刚石砂轮高速转动，并随着导轨Z轴方向轻微移动，在晶体侧壁形成一条微小的磨缝，同时金刚石砂轮将磨缝各侧壁的晶体磨糙，增加晶体内部分区域的光吸收率；后续单焦点激光加热磨缝后会形成方向沿分离路径的微米级微裂纹，从而完成光学晶体的分离方向设置。
[0011]作为上述技术方案的更进一步改进，所述单焦点激光加工系统包括依次位于一条光路上的普通大功率激光器、第一扩束镜、第一反射镜、聚焦透镜和第一 Z轴移动机构；聚焦透镜固定在第一 Z轴移动机构上，通过改变聚焦透镜的位置，能够改变激光焦点伸入晶体内的深度。[0012]本实用新型利用激光与晶体材料相互作用无机械接触、晶体材料对激光具有透明性且呈体吸收、晶体材料抗拉强度差以及晶体材料对热应力敏感等特点，使用激光加热带有初始预制微裂纹的透明材料，从而使预制微裂纹两侧的材料发生热膨胀效应，对微裂纹的最前端产生作用范围极小而强度极大的前向挤压和侧向拉应力区域，将晶体材料拉开，瞬间完成光学晶体的分离，实现在分离光学晶体过程中无碎裂、分离精度高、可任意方向分离和无污染的目的。因此本实用新型具有以下优点:
[0013]1、由于激光束与光学晶体相互作用是非接触性，因而消除了机械方法在切割过程中导致光学晶体破碎的震动和机械应力；
[0014]2、激光分离光学晶体可以比机械切割分离获得更精确的分离尺寸；
[0015]3、不受光学晶体自身各项异性的影响，可进行任意方向的分离；
[0016]4、由于激光束分离光学晶体过程中无粉尘碎屑，也无需油冷却，消除了分离光学晶体过程中对光学晶体表面的污染破坏；
[0017]5、晶体极少需要或无需超快激光改性，设备简单，稳定、安全性高；分离过程中几乎无飞秒激光破坏，分离侧壁光洁度高，并保持原有的物理性能；
[0018]6、由于本发明装置采用的分离方法是激光诱导裂缝最前端尖峰拉应力，可以获得较高的激光分离速度和分离侧壁质量。
[0019]7、本实用新型特别适用于KDP光学晶体的分离。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型提供的激光快速分离光学晶体装置的第一种【具体实施方式】的结构示意图；
[0021]图2本实用新型提供的激光快速分离光学晶体装置的第二种【具体实施方式】的结构示意图；
[0022]其中，I为普通大功率激光器，2为超快激光器，31为第一扩束镜，32为第二扩束镜，41、42分别为第一、第二反射镜,5为聚焦透镜，6为激光振镜6,71、72为第一、第二大尺寸透镜，8为显微物镜，91、92为第一、第二 Z轴移动机构，10为第一初始预制微裂纹，11为固定座，12为弹簧，13为待加工光学晶体，14为激光诱导微裂缝，15为二维工作台，16为微型金刚石砂轮，17为伺服电机，18为二维导轨，19为第二初始预制微裂纹。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0024]本实用新型提供的激光快速分离光学晶体装置，其原理为利用光学晶体抗拉强度低的特点，在激光加热微裂缝时，使微裂缝两侧材料发生热膨胀效应，从而在微裂缝尖端产生作用范围极小而强度极大的前向挤压和侧向拉应力，将晶体材料拉开，最终实现晶体高质量分离。
[0025]首先，对光学晶体进行分离方向设置，在分离开始端形成一条极细的，沿待分离路径分布的预制微裂纹；其次，利用圆形或者长条型聚焦激光对预制微裂纹进行扫描加热，形成一条激光诱导微裂缝；最后，沿着设置的分离路径快速移动聚焦激光，直至激光的移动速度与激光诱导微裂缝扩展速度相同，使聚焦激光始终跟随着裂缝最前端，从而保证裂缝高速扩展，实现晶体的闻速、闻质量分尚。
[0026]本实用新型提供的装置包括一个分离方向设置的微裂纹预制机构、一个单焦点激光加工系统和一个二维工作台15。
[0027]单焦点激光加工系统安装在二维工作台15上方，它依次包括位于一条光路上的普通大功率激光器1、第一扩束镜31、第一反射镜41、聚焦透镜5和第一 Z轴移动机构91。其中第一扩束镜31可以是柱面扩束镜或者球面扩束镜。聚焦透镜5固定在第一 Z轴移动机构91上，通过改变聚焦透镜5的位置，可以改变激光焦点伸入晶体内的深度。
[0028]二维工作台15用于固定晶体，平台四角通过固定座11安装有能提供一定拉力(< IKg)的弹簧12。平台表面为气浮或者分离路径镂空，从而隔离平台吸收激光生热对待加工光学晶体的影响。
[0029]微裂纹预制机构用于在待加工光学晶体上设置一个分离方向和产生初始微裂纹，通常设置在二维工作台15的一侧，其具体实现可以采用两种方式，即第一至第二微裂纹预制机构。
[0030]第一微裂纹预制机构的原理是利用光学晶体对0.2?2.5 μ m波长范围内吸收率较低(10%以下)和超快激光具有高峰值功率、低能量的特点，将激光束聚焦在光学晶体内部某一点，使该点处激光功率密度远高于光学晶体的损伤阈值，诱发多光子电离而产生大量的“电子气体”，引起强烈的激光的非线性吸收，从而实现对光学晶体的冷加工，形成一条极窄的预制微裂纹。
[0031]如图1所示，第一微裂纹预制机构利用超快飞秒激光的冷加工机理实现对光学晶体的分离方向设置，特别适合在对分离质量要求非常高的场合。该微裂纹预制机构包括依次位于另一条光路上的超快激光器2、第二反射镜42、第二扩束镜32、激光振镜6,第一、第二大尺寸透镜71、72，显微聚焦物镜8和第二 Z轴移动机构92。其中激光振镜6，第一、第二大尺寸透镜71、72以及显微聚焦物镜8依次排列固定于第二 Z轴移动机构92上。超快激光经过激光振镜6和第一、第二大尺寸透镜71、72进入显微聚焦物镜8，聚焦后在晶体内部形成一个能量密度极高的区域，从而实现晶体材料在微米或纳米尺度的微去除。通过激光振镜6和第二 Z轴移动机构92的共同作用，可以在晶体内形成微米级的预制微裂纹。同时，加工过程中产生的等离子气体会在裂纹的侧壁附着，改变晶体内部的热应力分布，从而显著提高后续单焦点激光加工系统的初始分离效率和分离方位精度。
[0032]图1所示装置的具体实现过程包括以下步骤:
[0033](I)调节显微聚焦物镜8的位置，将超快激光从光学晶体的侧面聚焦进光学晶体内部，在激光焦点处，光学晶体会因为超强的电场引发多光子电离吸收和碰撞电离吸收，形成纳米或微米尺度的烧蚀。
[0034]光学晶体的烧蚀是指激光焦点区域的晶体吸收激光能量后形成粉末、等离子气体或相变点脱离母材。
[0035](2)启动激光振镜6，使晶体内的超快激光焦点沿Z方向扫描，晶体内的烧蚀点将连成烧蚀线。再利用二维工作台15的X轴移动光学晶体，使烧蚀线由内向外形成烧蚀面，最终在晶体内形成一条预制微裂纹10。
[0036]振镜扫描速度和Z轴移动速度取决于超快激光的峰值功率，通常小于0.3m/s ;通常微刻缝的长度和深度均大于1mm。
[0037](3)调节聚焦透镜5的位置，将普通大功率激光聚焦于预制微裂纹10的上方或者下方，并沿着微裂纹X方向进行来回扫描，直至微裂纹前端形成了新裂缝。
[0038]新裂缝形成的判定是出现了沿分离方向的新裂纹，通常裂纹长度小于lcm(X方向)，深度贯穿整个晶体。
[0039](4)沿待分离路径速移动单焦点激光加工系统，使新裂缝最前端始终位于激光焦点前方一定距离D以内，直至整个晶体分离。D的取值与晶体材料的厚度及表面参数有关，从10微米到I厘米不等。单焦点激光加工系统的移动速度与普通大功率激光的功率有关，通常大于100 μ m/s。
[0040]本实用新型中预制微裂纹的定义为沿待分离路径方向(X方向)长度大于250 μ m，沿Y方向宽度小于ΙΟΟμπι，，深度(Ζ方向)贯穿晶体材料一半以上的微裂纹；定义脉冲能量为20nJ至2mJ，脉冲宽度小于50皮秒，峰值功率高于20KW的激光器为超快激光器；定义输出功率为IOW至1000W，脉冲宽度大于I纳秒(ns)的脉冲激光器或连续激光器为普通大功率激光器；定义边缘厚度小于100 μ m,直径小于IOcm的金刚石砂轮为微型金刚石砂轮。
[0041]图1所示装置与CN102152003A在形态上有一些类似，但却有着本质的区别，为两种截然不同的方法，下面简单阐明其区别:
[0042]本申请与CN102152003A的分离原理有着本质的区别。CN102152003A中的方法是利用高峰值功率、低脉冲能量的第一激光束在晶体内形成光损伤线和面，其本质并未对此区域的材料进行去除，而仅仅是对相关区域进行改性。而本实用新型中强调，必需利用超快激光对材料进行微去除，形成一个贯穿材料厚度的预制微裂纹，所以其作用方式有着本质的区别。其次，CN102152003A第一激光束形成的改性面的作用是增加特定区域的吸收率，降低其结合力，从而引导第二激光进行分离。而本实用新型中超快激光的作用是预制微裂纹，从而起到诱导初始裂缝生成的作用，二者分离原理有着本质的区别。
[0043]CN102152003A中必需先采用第一激光束形成损伤面，再使用第二激光束沿损伤面进行分离，因而第一激光束的作用区域必需覆盖整个加工轨迹；而本实用新型仅需使用超快激光沿分离路径加工一小段(约l_2mm)的距离即可，并不需要覆盖整个轨迹，并且超快激光只在加工初期被使用，激光诱导微裂缝形成后，只需使用普通大功率激光即可，无需使用双激光束。
[0044]本实用新型提供的装置与CN102152003A中提供的装置区别在于:本实用新型利用超快激光使用显微聚焦物镜8与激光振镜6结合，以扫描的方式进行加工。而CN102152003A中使用聚焦透镜以点聚焦的形式进行加工，后者加工速度和精度远不如前者。其次，本装置需使用弹簧机构，超快激光与普通激光可不在一个轨迹上单独安置，加工平台为气浮或者分离路径镂空以隔绝激光加工平台产生的热效应，与CN102152003A提供的装置有明显区别。
[0045]第二微裂纹预制机构的原理是利用微型金刚石砂轮16在晶体侧壁划出一条极窄的磨缝，形成预制裂纹。由于磨缝侧壁磨糙，可显著提高激光吸收率和改变后续激光扫描的热量分布。普通大功率激光加热磨缝后将会形成具有固定方向的微裂纹。[0046]如图2所示，第二微裂纹预制机构利用微型金刚石切割砂轮和普通大功率激光实现对光学晶体的分离方向设置，适合于对部分区域分离质量要求不高的场合。该微裂纹预制机构包含一个二维导轨平台18 (导轨活动方向为Z方向和Y方向)、一个伺服电机17以及微型金刚石砂轮16。伺服电机17固定于二维导轨平台18之上，金刚石砂轮16以垂直于电机轴的方向安置于电机轴之上。伺服电机17带动金刚石砂轮16高速转动，并随着导轨Z轴方向轻微移动，在晶体侧壁形成一条微小的磨缝，同时金刚石砂轮16将磨缝各侧壁的晶体磨糙，增加晶体内部分区域的光吸收率。后续单焦点激光加热磨缝后会形成方向沿分离路径的微米级预制微裂纹，从而完成光学晶体的分离方向设置。
[0047]图2所示装置的具体实现过程包括以下步骤:
[0048](I)开启伺服电机，使微型金刚石砂轮高速旋转(转速通常大于100转/min)，并沿着二维导轨移动伺服电机至微型金刚石砂轮与光学晶体材料刚好接触。
[0049](2)上下移动伺服电机，至整个晶体被金刚石砂轮磨出一条细缝。移动速度通常大于 100 μ m/s。
[0050](3)沿X方向移动KDP晶体，移动给进距离通常小于1mm。
[0051](4)重复步骤(2)、(3)直至晶体被磨出一条长度大于100 μ m(X方向)，深度(Z方向)贯穿整个晶体的微磨缝。
[0052](5)调节聚焦透镜5的位置，将普通大功率激光聚焦于微磨缝处上方或者下方，直至微磨缝前段形成了沿分离路径的微米级微裂纹19。
[0053]微裂纹形成的判定是出现了沿分离方向的裂纹，通常裂纹长度小于lcm，深度大于5mm ο
[0054](6)将普通大功率激光聚焦于诱导微裂纹19的上方或者下方，并沿着微裂纹X方向进行来回扫描，直至微裂纹前端形成了新裂缝。
[0055](7)沿待分离路径快速移动单焦点激光加工系统，使新裂缝前端始终位于激光焦点前方一定距离D以内，直至整个晶体分离。D的取值与晶体材料的厚度及表面参数有关，从10微米到I厘米不等。单焦点激光加工系统的移动速度与普通大功率激光的功率有关，通常大于100 μ m/s。
[0056]注:也可改变⑵、(3)两步的顺序。
[0057]实例:
[0058]实例I
[0059]本实用新型采用脉冲宽度为518fs，波长为1030nm、最大单脉冲能量为200 μ J的飞秒激光器作为超快激光器，德国IPG公司的YLP-50型号CW光纤激光器作为普通大功率激光器，其最高输出平均功率为50W。超快激光的聚焦光斑直径小于5 μ m，大功率普通激光的光斑直径约为50 μ m,分离光学晶体为KDP晶体，式样长度为100mm，厚度为12mm。实验方法:采用第一激光快速分离光学晶体方法，调节超快激光的单脉冲能量为200 μ J，超快激光扫描速度为50mm/s，普通大功率激光的输出功率为30W，扫描速度为400μπιΛ，移动速度为2mm/s。实验结果:光学晶体沿分离轨迹分离，分离侧壁光滑平整，表面粗糙度(Ra)小于
0.2 μ m，为准抛光级，分离过程中无任何微裂纹产生。
[0060]实例2
[0061]本实用新型采用最大转速为4000转/min的伺服电机，电机沿Z轴导轨的移动速度为lmm/s,电机沿X轴的移动给进距离为10 μ m。微型金刚石砂轮的直径为20mm,砂轮最外圈的厚度为100 μ m。采用德国IPG公司的YLR-50系列脉冲光纤激光器作为普通大功率激光器，输出波长为1070nm，最高平均输出功率50W，最大单脉冲能量为lmj。普通大功率激光的聚焦光斑尺寸为30 μ m，分离光学晶体为KDP晶体，试样长度为200mm，厚度为11.8mm。试验方法:采用第二激光快速分离光学晶体方法。调节伺服电机的转速为2500转/min，光纤激光器输出功率为10W，脉冲能量为lmj，扫描速度为200 μ m/s，移动速度为lmm/s。实验结果:光学晶体沿分离轨迹分离，分离侧壁光滑平整，表面粗糙度(Ra)小于I μ m，为准抛光级，分离过程中无任何微裂纹产生。
[0062]实例3
[0063]本实用新型采用最大转速为1000转/min的伺服电机，电机沿Z轴导轨的移动速度为ΙΟΟμπι/s，电机沿X轴的移动给进距离为30 μ m。微型金刚石砂轮的直径为10cm，砂轮最外圈的厚度为ΙΟΟμπι。采用某国产50W绿光激光器作为普通大功率激光器。普通大功率激光的聚焦光斑尺寸为20 μ m,分离光学晶体为KDP晶体，试样长度为400mm，厚度为30mm。试验方法:采用第二激光快速分离光学晶体方法。调节伺服电机的转速为500转/min，激光器输出功率为40W，脉冲能量为lmj，扫描速度为400 μ m/s，移动速度为4mm/s。实验结果:光学晶体沿分离轨迹分离，分离侧壁光滑平整，表面粗糙度(Ra)小于0.8 μ m，分离过程中无任何微裂纹产生。
[0064]本方法也同样可以用于分离其它的光学晶体，如酸锂(LiNb03 — LN)、磷酸二氘钾(KD2P04 — DKDP)、碘酸锂(Li103 — LI)、磷酸氧钛钾(KTi0P04 — KTP)、偏硼酸钡(BaB204—ΒΒ0)、三硼酸锂(LiB305— LB0)、铌酸钾(KNb03 —KN)、硼酸铯(CSB305—CB0)、硼酸铯锂(LiCSB6010 — CLB0)、氟硼酸钾铍(KBe2B03F2 — KBBF)以及硫银镓(AgGaS2—AGS)、砷镉锗(CdGeAs — CGA)、磷锗锌(ZnGeP2 — ZGP)等非线性光学光学晶体。
[0065]以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种激光快速分离光学晶体装置，其特征在于，该装置包括微裂纹预制机构、单焦点激光加工系统和二维工作台； 所述二维工作台用于固定晶体，其四角安装有能提供拉力的弹簧，二维工作台表面为气浮或者分离路径镂空； 所述微裂纹预制机构位于所述二维工作台一侧，用于在待加工光学晶体上设置一个分离方向和产生初始微裂纹； 所述单焦点激光加工系统位于所述二维工作台上方，用于提供聚焦激光，并对初始微裂纹上形成一条激光微裂缝及最终实现晶体高质量分离。
2.根据权利要求1所述的激光快速分离光学晶体装置，其特征在于，所述微裂纹预制机构包括依次位于一条光路上的超快激光器、第二反射镜、第二扩束镜、激光振镜，第一、第二大尺寸透镜，显微聚焦物镜和第二 Z轴移动机构；其中激光振镜，第一、第二大尺寸透镜以及显微聚焦物镜依次排列固定于第二 Z轴移动机构上。
3.根据权利要求1或2所述的激光快速分离光学晶体装置，其特征在于，所述微裂纹预制机构包括一个二维导轨平台、一个伺服电机以及微型金刚石砂轮；伺服电机固定于二维导轨平台之上，金刚石砂轮以垂直于电机轴的方向安置于电机轴之上；伺服电机用于带动金刚石砂轮高速转动，并随着导轨Z轴方向轻微移动。
4.根据权利要求1或2所述的激光快速分离光学晶体装置，其特征在于，所述单焦点激光加工系统包括依次位于一条光路上的普通大功率激光器、第一扩束镜、第一反射镜、聚焦透镜和第一Z轴移动机构；聚焦透镜固定在第一Z轴移动机构上，通过改变聚焦透镜的位置，能够改变激光焦点伸入晶体内的深度。
5.根据权利要求3所述的激光快速分离光学晶体装置，其特征在于，所述单焦点激光加工系统包括依次位于一条光路上的普通大功率激光器、第一扩束镜、第一反射镜、聚焦透镜和第一 Z轴移动机构；聚焦透镜固定在第一 Z轴移动机构上，通过改变聚焦透镜的位置，能够改变激光焦点伸入晶体内的深度。
【文档编号】B23K26/38GK203725988SQ201420090180
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】段军, 邓磊敏, 曾晓雁 申请人:华中科技大学