椭圆贝塞尔切割头装置的制作方法

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：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、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。

4、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：

5、d＝λ/sin[γ(n-1)]

6、式中，λ为激光波长，n为材料折射率；

7、锥角γ范围是0.5°～20°，对应的顶角范围是179°～140°。

8、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。

9、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。

10、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。

11、进一步地，上述的椭圆贝塞尔切割头装置，其中，g≥2。

12、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；

13、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％；

14、

15、坐标(x,y)处的长轴半径a，

16、

17、坐标x和y的步长δ＝d/g，g表示阶数，矩阵长度m为：

18、

19、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；

20、椭圆贝塞尔相位φ，

21、

22、a∈[0,r]；

23、转换为直角坐标系，

24、

25、相位对2π同余，每个周期宽度d内，根据阶数g分为g段区域，每个周期内区域深度构成首项为0、末项为(g-1)λ/[g(n-1)]和公差为λ/[g(n-1)]的等差数列；相位图按阶数拆分为log2g副图，2、4、8、16阶分别1次、2次、3次和4次镀膜、光刻、刻蚀和清洗制程。

26、本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

27、①本发明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；

28、②省去了准直透镜和挡光条等调制器件，提高了激光传输效率、结构较为紧凑；

29、③衍射式锥透镜传输效率高，质量重复可控。

30、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：直接驱动电机(5)通过转接件(4)连接二维平移台(3)，二维平移台(3)通过转接块(2)固定切割头(1)，可驱动切割头(1)旋转和二维平移运动；所述切割头(1)包含沿光路设置的衍射式锥透镜(12)和聚焦镜(13)，将高斯分布的激光束(11)整形为椭圆贝塞尔分布光束(14)。

2.根据权利要求1所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：衍射式锥透镜(12)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：

3.根据权利要求2所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：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。

4.根据权利要求2所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：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。

5.根据权利要求1或2所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：衍射式锥透镜(12)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。

6.根据权利要求3或4所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：g≥2。

7.根据权利要求1所述的椭圆贝塞尔切割头装置，其特征在于：衍射式锥透镜(12)上镀膜；

技术总结
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。

技术研发人员：赵裕兴,王承伟
受保护的技术使用者：苏州德龙激光股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11