正交聲光偏轉器獲得任意雷射束剖面能量分布的方法

2023-10-30 05:40:57

專利名稱：正交聲光偏轉器獲得任意雷射束剖面能量分布的方法
技術領域：
本發明涉及一種獲得任意雷射束功率剖面的方法，尤其涉及一種利用正交聲光偏轉器獲得任意形狀和功率剖面分布的方法，在工件表面二維、三維微結構雷射刻蝕加工領域有廣闊的應用前景。
背景技術：
雷射加工的效果強烈依賴於加工雷射束的形狀及束斑剖面能量分布的情況，對刻蝕加工尤為重要。而利用特定光束分布的發展有可能在原理上刻蝕出不同的剖面結構，這對於雷射加工未來應用是個重要方面。一般的雷射束，如基模輸出為高斯光束，高階模為多峰值光強分布的光束。把這些基本模式的光束變換成為所需的任意剖面的光束技術在工業上有強烈的需求。目前針對光束整形採用的方法，如用積分鏡、光學稜鏡、衍射光學元件、微透鏡陣列等器件實現了光束剖面的均勻化，並且光束均勻器都沒有形成光束能量剖面的任意化，而且一個光學元件只能形成一個固定形狀的束斑。因此，從實際應用的角度考慮，雷射束整形需要一個形狀、能量分布任意化，且具有高度靈活性的方法。這個技術的實現對雷射加工，特別使雷射刻蝕加工能力得到顯著的提升。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術存在的問題，提供一種利用聲光小角度高頻掃描的細聚焦光束，控制並形成形狀和能量剖面任意分布的雷射加工光斑。並用於特殊刻蝕剖面用雷射刻蝕加工。本發明的目的可通過以下技術措施實現
利用正交放置的兩個聲光偏轉器，按照設計所需的光斑形狀和能量密度分布的要求， 通過控制兩個偏轉器使光束在正交方向上進行掃描，並通過聚焦以後獲得細聚焦的等效雷射加工光斑，用於三維微結構製造等領域的雷射加工。從而獲得任意形狀和功率剖面可控的等效雷射光斑，且可實現特定的刻蝕剖面要求控制光束形狀及功率剖面密度。在實際應用時，根據加工任務選擇所需形狀和功率分布的光斑，設定聲光偏轉器的激勵波形和強度，從而獲得所需的特定功率分布和形狀的光斑，以滿足不同的加工要求。利用特定的光束可滿足特定刻蝕剖面的要求，並通過聚焦以後獲得細聚焦的等效雷射加工光斑，用於三維微結構製造等領域的雷射加工，使雷射刻蝕加工質量和能力得到顯著的提升。本發明相對於現有技術具有以下有益意效果
(1)本發明利用聲光偏轉器使雷射器在一定角度範圍內進行光學掃描，根據所需加工剖面的形狀設定並通過控制正交方向XY聲光偏轉器的激勵波形與強度，對等效光斑內的雷射掃描密度進行有效控制，從而實現形狀和功率剖面任意可控的加工光斑，以滿足特定刻蝕剖面的要求。
(2)本發明提高了雷射刻蝕加工光束的質量，不僅可用於三維微結構的製作，也可用於工件表面的高精度加工。(3)本發明可採用程控進行自動控制，具有高度靈活性。


圖1是本發明正交聲光偏轉器獲得任意雷射束剖面能量分布的方法示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明獲得任意雷射束剖面和能量的方法做進一步的說明。三角形狀、能量均勻分布的雷射光斑的獲得
參照圖1，先將正交聲光掃描偏轉器2正交置於雷射器1的輸出口。設定目標雷射光斑面積為0. 2mm2的三角形光斑。調整X、Y向聲光偏轉器的激勵波形(由外部波形發生器產生所需的波形)和雷射束的功率為15W，使雷射束進行小角度高頻掃描，便可獲得剖面面積為 0.2mm2、功率為15W、且功率均勻分布的三角形等效雷射光斑。利用獲得的等效雷射光斑可進行刻蝕剖面為V形槽結構的加工。
權利要求
1.利用正交聲光偏轉器獲得任意雷射束剖面和能量的方法，其特徵在於利用正交放置的兩個聲光偏轉器，通過控制正交聲光偏轉器的激勵波形與強度，使雷射束按設定的方式進行小角度高頻掃描，聚焦後獲得形狀和能量剖面任意可控的等效雷射光斑。
全文摘要
本發明公開了一種基於正交聲光偏轉器獲得任意形狀和能量剖面的等效雷射光斑的方法，該方法利用互為正交放置的兩個聲光偏轉器，使雷射束在正交方向上進行掃描，聚焦以後獲得細聚焦的等效雷射光斑；且對等效光斑的形狀和雷射掃描密度進行有效控制，實現等效雷射光斑形狀和能量剖面的任意分布，不僅可用於三維微結構的製作，也可用於工件表面的高精度加工。
文檔編號B23K26/073GK102441735SQ201110283629
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者吳敢, 曹生珠, 楊建平, 王瑞, 陳學康, 韋波 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所