一种激光能量稳定装置及其设备的制作方法

本实用新型涉及激光能量控制领域，特别涉及一种激光能量稳定装置及其设备。本实用新型主要应用于激光裁切偏光片与oca光学胶。

背景技术：

激光光束由于其方向性好的优点，常被作为直线基准广泛应用在加工设备中，但由于受环境状态等因素的影响，制约了激光方向稳定精度的进一步提高，限制了激光在超精密加工设备中的进一步应用。

现有co2激光发生器激光束打出时，易受环境影响，导致激光能量输出不稳定，激光光斑大小不一，激光裁切设备频繁出现产品裁切不断，熔边大小波动大等不良产生，影响产能。因此，需要对激光光束作稳定处理，以保证打出的激光能量输出稳定，激光光线大小一致，可大幅减少设备宕机率，提升设备稼动率和产品良率。

现有的激光能量稳定装置，并不适用于偏光片、oca光学胶的激光切割领域，原因是因为：

对于偏光片、oca光学胶的激光切割领域来说，我们裁切时候的激光功率通常在3-15w，而激光器的总功率在100w左右(需要注意的是，如果直接采用50w等低功率的激光发生器，其刺穿能力不够，也不能很好地完成裁切)，因此，偏光片、oca光学胶的工作功率落入了激光器的不稳定区域(总功率0-15％区间)，因此，需要研发一种新的激光能量稳定装置，其不仅能够对激光器的能量进行稳定控制，还能够将激光器的输出功率进行衰减，使其既能满足偏光片、oca光学胶的工作功率需求，又能落在激光器的稳定区域。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种激光能量稳定装置及其设备与应用，旨在解决：现有的激光能量稳定装置模块不能对偏光片、oca光学胶的激光切割领域所需要的功率进行稳定控制和衰减，导致激光能量输出不稳定，导致pol、oca光学胶裁切不断，光斑呈椭圆形导致熔边大小不一，超出客户管控规格，设备宕机影响产出，良率损失较大的问题。

本实用新型是这样实现的，

一种激光能量稳定装置，所述激光能量稳定装置应用于偏光片与oca光学胶的裁切，其特征在于，所述激光能量稳定装置包括硅/铜圆偏振镜、光路通道和吸光板，硅/铜圆偏振镜设在光路通道内；激光发生器发出的激光光束进入光路通道内并以45°入射硅/铜圆偏振镜，部分激光光束通过硅/铜圆偏振镜反射并45°出射并被吸光板吸收；另一部分激光光束通过硅/铜圆偏振镜转化为圆偏光光束并打在分光单元上，通过至少1个分光单元的反射，最终到达激光切割工位。

本实用新型的进一步技术方案是：所述光路通道为垂直的t型三通，包括第一通光孔、第二通光孔和第三通光孔，其中，第二通光孔垂直向上，第一通光孔与第三通光孔处于同一水平直线上；硅/铜圆偏振镜与水平面呈现45°放置在光路通道的中心位置；吸光板设置在第二通光孔的正上方，激光发生器发出的激光光速的光轴与第一通光孔平行。

本实用新型的进一步技术方案是：所述硅/铜圆偏振镜的激光衰减率在8％-95％。

本实用新型的进一步技术方案是：所述激光能量稳定装置还包括隔光板，所述隔光板设置在光路通道的左右两侧。

本实用新型的另一个目的是提供一种带如上所述的激光能量稳定装置的激光切割设备，包括用于输出脉冲激光的激光发生器和至少1个分光单元。

本实用新型的进一步技术方案是：所述分光单元为1-4个，所述分光单元为平面镜、凹面镜或者凸面镜。

本实用新型的进一步技术方案是：所述激光切割设备的工作功率为3-15w。

本实用新型的有益效果是：通过上述的设计，该种激光能量稳定装置实现了激光光路能量的稳定性，激光光斑较均匀，能量输出稳定，降低设备维修频次，提升设备稼动率；尤其适用于偏光片、oca光学胶的激光切割领域。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种带激光能量稳定装置的激光切割设备的光路布局示意图。

图2是本实用新型提供的一种激光能量稳定装置模块示意图。

1-激光发生器，2-激光能量稳定装置，20-硅/铜圆偏振镜，2-光路稳定模块，21-第一通光孔，22-第二通光孔，23-第三通光孔，24-吸光板，25-吸光板，3-反射镜。

具体实施方式

图1示出了一种带激光能量稳定装置2的激光切割设备与激光稳定功能相关的光路布局，包括用于输出脉冲激光的激光发生器1，激光能量稳定装置2和三个分光单元。本实用新型通过激光激光器1输出脉冲激光，所述脉冲激光经激光能量稳定装置2，再经过三个分光单元从而实现脉冲激光能量稳定。

其中，如图1所示，激光发生器为脉冲激光器，选用的功率为80-12w，激光波长为930nm。分光单元为反射镜3，根据需求可以设为平面镜、凹面镜或者凸面镜。

如图2所示，激光能量稳定装置2包括硅/铜圆偏振镜20、光路通道、吸光板24和隔光板25。

硅/铜圆偏振镜20由硅基体、铜金属衬底及多层介质膜组成。硅基体为抛光过的平整镜面的硅材料，形状为圆形或方形或根据需要定制的其他形状。铜金属衬底主要作用是提供足够的反射率，反射红外激光束；只有一部分红外激光束穿过硅/铜圆偏振镜20得以使用。对于本实用新型来说，优选为激光衰减率在70％-95％的硅/铜圆偏振镜20，从而实现激光功率在激光发生器稳定区域内的有效衰减。

介质膜为交替镀制的低折射率材料氟化钡baf2和高折射率材料硒化锌znse，每层介质膜的厚度是所采用的激光发生器的波长的四分之一再乘以每层对应的系数，且层数必须为偶数，最上面一层为硒化锌材料，多层介质膜相当于提供了一个特殊制作的圆偏光膜层，能将零相位移的45度线性偏振的入射光通过此镜片变成90度相位移的圆形偏振光束。多层介质膜的作用：大量实验表明，圆偏振光是切割、焊接这样一些激光加工的最佳光束。圆偏振光在任何光束方向上都是由等量的s偏振和p偏振组成的，因此在所有轴向都存在相同成份的偏振，无论打孔、刻槽、切割方向如何，都将以均一的方式去除材料，极大地提升激光加工质量。而激光发生器打出的光束为线性偏振光，通过硅/铜圆偏振镜20变成圆偏振光后，更利于加工。使用硅/铜圆偏振镜20，不仅可以提高加工速度，优化加工质量，更表现为最终裁切用的光束稳定性质量提高。

光路通道为垂直的t型三通，包括第一通光孔21、第二通光孔22和第三通光孔23，其中，第二通光孔22垂直向上，第一通光孔21与第三通光孔23处于同一水平直线上。隔光板25(图2中只示出一侧的隔光板)设置在光路通道的左右两侧防止激光泄露，吸光板24设置在第二通光孔22的正上方用以吸收不再利用的部分光束。硅/铜圆偏振镜20与水平面呈现45°放置在光路通道的中心位置(如图2)。激光发生器发出的激光光束通过第一通光孔2145°进入硅/铜圆偏振镜20，部分光束通过硅/铜圆偏振镜20反射并45°出射通过第二通光孔22，被吸光板吸收；部分光束通过硅/铜圆偏振镜20之后变成圆偏光光束，直接出射通过第三通光孔23打在第一个反射镜3上，并通过第二、第三个反射镜3，最终通过聚焦镜等到达激光切割工位。

通过上述的设计，该种激光能量稳定装置实现了激光光路能量的稳定性，使其适用于偏光片、oca光学胶的激光切割领域。

以下通过设计实施例与对比例，对本实用新型进行验证：

【实验仪器】co2激光切割设备一台，脉冲激光发生器(总功率100w)、硅/铜圆偏振镜(适用波长：930nm)。

【实验内容】分别采用不含/含本实用新型的激光能量稳定装置的co2激光切割设备进行偏光片、oca光学胶的裁切作业。

对比例：未增加激光能量稳定装置的co2激光切割设备，采用200mm的切割速度、10w的激光能量和3.7khz的频率裁切crt材质的偏光片产品。

实施例1：已增加激光能量稳定装置的co2激光切割设备，采用200mm的切割速度、10w的激光能量和3.7khz的频率裁切crt材质的偏光片产品。

实施例2：已增加激光能量稳定装置的co2激光切割设备，采用100mm的切割速度、10w的激光能量和3khz的频率裁切oca光学胶产品。

【实验结果】

请注意：以下数据为每100组数据的平均值，设备稼动率为1个月的平均值规格。

外观：不允许有边缘毛刺、裂纹、凸边等肉眼可见不良。

融边：≤100um，裁切精度151.85±0.05mm，撕膜力crt产品≤15g、oca产品≤15g，毛刺≤25um，设备稼动率≥85％(行业标准)。

通过实验数据可确认增加了激光能量稳定装置的co2激光切割设备，具有以下几个优点：

1.能量输出稳定热影响小(融边可达客户要求≤100um)；

2.能量输出稳定，pol裁切边缘更光滑，无毛刺不良。

3.激光光束更稳定，精度高，速度快(切割精度可达0.05mm)，行业最佳。

4.设备裁切更稳定，稼动率可达88％。

至此，本实用新型提供了一种激光能量稳定装置及其设备，尤其使用了pol、oca光学胶裁切领域，并解决了以下两个问题：

(1)已有的激光光束打出时因环境等因素影响，导致激光能量输出不稳定，忽大忽小，光斑大小不均匀，呈椭圆形，易导致设备频繁宕机，主要为能量变化导致pol、oca光学胶裁切不断，光斑呈椭圆形导致熔边大小不一，超出客户管控规格，设备宕机影响产出，良率损失较大。

(2)现有的激光能量稳定装置不能对偏光片、oca光学胶的激光切割领域所需要的功率进行稳定的衰减。

通过上述的设计，该种激光能量稳定装置实现了激光光路能量的稳定性，激光光斑较均匀，能量输出稳定，降低设备维修频次，提升设备稼动率；尤其适用于偏光片、oca光学胶的激光切割领域。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。