CN115041815A - 一种脆性材料的激光加工***及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光加工技术领域，涉及一种脆性材料的激光加工***及加工方法，该脆性材料的激光加工***包括第一加工组件，第一加工组件用于沿预设加工路径在待加工工件上形成改质区；沿第一方向，第一加工组件包括顺次设置的第一激光器和相位调制单元；第一激光器用于射出第一光束；相位调制单元用于对从激光器射出的第一光束进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束，调制光束用于射向待加工工件以对待加工工件进行加工。该激光加工***及加工方法提供的技术方案对待加工工件进行加工时能够降低发生崩边的几率，且使断面均匀。

Description

一种脆性材料的激光加工***及加工方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种脆性材料的激光加工***及加工方法。

背景技术

随着电子行业的不断发展，用于电子产品的面板材料大部分为脆性材料，常见的硬脆性材料有蓝宝石、玻璃、陶瓷等。

目前，玻璃等脆性材料的加工方式主要包括机床加工或激光加工，由于激光加工具有非接触、操作简单、灵活性高的特点，因此被广泛应用于脆性材料的加工。然而，常规的激光加工技术中多采用高斯光束进行钻孔、切割等操作，由于高斯光束横向光斑的圆对称性，利用高斯光束形成的切割道两侧通常会产生不规则的裂纹，由于裂纹不可控，会导致脆性材料在进一步裂片的过程中发生崩边现象；此外，高斯光束切割得到的断面锥度较大，使得断面不平整。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种脆性材料的激光加工***及加工方法，用以解决现有脆性材料的加工方法容易导致切割道崩边或者断面不平整的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种脆性材料的激光加工***，采用了如下所述的技术方案：

该脆性材料的激光加工***包括：第一加工组件，所述第一加工组件用于沿预设加工路径在待加工工件上形成改质区；

沿第一方向，所述第一加工组件包括顺次设置的第一激光器和相位调制单元；所述第一激光器用于射出第一光束；

所述相位调制单元用于对从所述激光器射出的第一光束进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束，所述调制光束用于射向待加工工件以对待加工工件进行加工。

在一些实施例中，所述相位调制单元包括沿第一方向顺次设置的第一相位调制元件和第二相位调制元件，且所述第一相位调制元件设置于所述第一激光器和所述第二相位调制元件之间的位置；

所述第一相位调制元件上设置有偶数个均经过所述第一相位调制元件中心的相位区域，且所述相位区域的相位沿所述第一相位调制元件中心轴中心对称；所述第一相位调制元件用于对从所述激光器射出的第一光束进行相位调制得到呈椭圆形光斑的调制光束；

所述第二相位调制元件为长焦深光学元件，所述长焦深光学元件用于对所述调制光束进行调制得到长焦深的调制光束。

在一些实施例中，所述第一相位调制元件的相位区域中，相邻的相位区域的相位不同，相隔的相位区域的相位相同，相邻两个相位区域的相位差为π。

在一些实施例中，所述第一激光器为超短脉冲激光器，发出的第一光束的波长为300nm～1100nm，脉宽小于50ps，单脉冲能量大于50μJ，脉冲重复频率为1KHz～300KHz。

在一些实施例中，所述激光加工***还包括第一扩束准直单元和第一聚焦单元；沿第一方向，所述第一激光器、第一扩束准直单元、相位调制单元和第一聚焦单元顺次设置；

所述第一扩束准直单元用于对从所述第一激光器射出的第一光束进行扩束及准直调整以得到准直的第一光束，准直的第一光束随后射入所述相位调制单元；

所述第一聚焦单元用于对从所述相位调制单元射出的调制光束进行聚焦后射向待加工工件以对待加工工件进行加工。

在一些实施例中，所述激光加工***还包括第一载物台和第一运动装置；沿第一方向，所述第一载物台设置于所述相位调制单元远离所述第一激光器的一侧，所述第一载物台用于固定待加工工件，所述第一运动装置用于带动所述第一载物台在三维平面内进行移动及旋转。

在一些实施例中，所述激光加工***还包括第二加工组件，所述第二加工组件用于沿预设加工路径对所述改质区进行进一步加工以增加该改质区的宽度；

所述第二加工组件包括沿第二方向设置的第二激光器、第二扩束准直单元、光束扫描单元和第二聚焦单元；所述第二激光器射出的第二光束依次经过第二扩束准直单元，光束扫描单元和第二聚焦单元后射向待加工工件；

所述第二扩束准直单元用于对从所述第二激光器射出的第二光束进行扩束及准直调整以得到准直的第二光束；

所述光束扫描单元用于对从所述第二扩束准直单元射出的第二光束进行控制以使所述第二光束沿所述预设加工路径运动；

所述第二聚焦单元用于对从所述光束扫描单元射出的第二光束进行聚焦后射向待加工工件以对待加工工件进行加工。

在一些实施例中，所述第二激光器为CO2激光器，发出的第二光束波长为10.6μm。

在一些实施例中，所述激光加工***还包括第二载物台和第二运动装置；沿第二方向，所述第二载物台设置于所述第二聚焦单元远离所述光束扫描单元的一侧，所述第二载物台用于固定待加工工件，所述第二运动装置用于带动所述第二载物台在三维平面内进行移动及旋转。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种脆性材料的激光加工方法，采用了如下所述的技术方案：该脆性材料的激光加工方法基于上述的脆性材料的激光加工***，所述激光加工方法包括如下步骤：

第一激光器发射第一光束；

第一光束射入所述相位调制单元进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束；

沿预设加工路径，所述调制光束射向待加工工件以对待加工工件进行加工形成改质区。

与现有技术相比，本发明实施例提供的脆性材料的激光加工***及加工方法主要有以下有益效果：

该脆性材料的激光加工***通过将第一激光器产生的第一光束通过相位调制单元进行调制得到调制光束，使得调制光束能够形成椭圆形光斑，且具有长焦深的特点，该调制光束照射在待加工工件时能够形成具有长焦深的椭圆形光斑，一方面使待加工工件上裂纹更容易沿椭圆形光斑的长轴方向进行延展，降低发生崩边的几率，另一方面调制光束在光传播方向的长焦深特性能够提高待加工工件的断面均匀度和平整度，且可以提高加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明一个实施例中脆性材料的激光加工***的结构示意图；

图2是图1中调制光束的纵向光斑效果图；

图3是图2中调制光束的纵向焦深的能量分布图；

图4是图1中调制光束的的横向光斑效果图；

图5是采用图1中第一加工组件对待加工工件进行切割得到的切割效果图；

图6是图1中脆性材料的激光加工***的第一调制元件的相位分布图；

图7是本发明一个实施例中脆性材料的激光加工方法的流程示意图；

图8是本发明另一个实施例中脆性材料的激光加工方法的流程示意图。

附图中的标号如下：

100、激光加工***；200、待加工工件；

1、第一加工组件；11、第一激光器；12、相位调制单元；121、第一相位调制元件；122、第二相位调制元件；13、第一扩束准直单元；14、第一聚焦单元；15、第一载物台；16、第一光束偏转单元；2、第二加工组件；21、第二激光器；22、第二扩束准直单元；23、光束扫描单元；24、第二聚焦单元；25、第二载物台。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

需说明的是，本发明实施例的激光加工***100主要用于对脆性材料的待加工工件200进行加工，其中，这里所指脆性材料的待加工工件200包括蓝宝石、氧化锆材料、玻璃等材料制成的产品，具体可以对脆性材料的待加工工件200进行切割、开孔等操作；当然，该激光加工***100还可以用于其他材料的加工。另外，本发明实施例的激光加工***100可以是激光切割装置、激光铣削装置、激光雕刻装置等加工装置。为方便描述下面以进行切割加工为主进行说明。

本发明实施例提供一种脆性材料的激光加工***100，如图1所示，该激光加工***100包括第一加工组件1，第一加工组件1用于沿预设加工路径在待加工工件200上形成改质区。具体在本实施例中，该第一加工组件1用于对该待加工工件200如蓝宝石进行切割形成切割道。

如图1所示，沿第一方向，第一加工组件1包括顺次设置的第一激光器11和相位调制单元12；需要说明的是，在本实施例中，对第一方向的具体路径在此不作特别的限制，以能够使沿第一方向传输的光束到达该待加工工件200的预设切割位置即可。

第一激光器11用于射出第一光束；相位调制单元12用于对从第一激光器11射出的第一光束进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束，调制光束用于射向待加工工件200以对待加工工件200进行加工。需要说明的是，在本实施例中，该椭圆形光斑的调制光束是通过将该第一光束进行相位调制形成的，其中调制得到的该调制光束沿自身径向截面方向形成偶数个均经过调制光束中心且沿调制光束中心线中心对称的相位。

可以理解地，该脆性材料的激光加工***100的工作原理大致如下：当需要对脆性材料的待加工工件200进行加工如进行切割时，如对玻璃板进行切割时，将玻璃板放置于预设加工位置，通过第一激光器11发射第一光束，第一光束射入相位调制单元12进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束；沿预设加工路径，调制光束射向待加工工件200以对待加工工件200进行切割形成切割道。具体在本实施例中，如图5所示，当对1mm厚的玻璃板进行切割时，第一激光器11发射第一光束，第一光束射入相位调制单元12进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束，该调制光束能够在1mm厚的玻璃上形成多个贯穿点，且两相邻贯穿点的间距相等，以使玻璃沿预设加工路径方向产生裂纹而形成切割道。

综上，相比现有技术，该脆性材料的激光加工***100至少具有以下有益效果：该脆性材料的激光加工***100将第一激光器11产生的第一光束通过相位调制单元12进行调制得到调制光束，使得调制光束能够形成椭圆形光斑，且具有长焦深的特点，该调制光束照射在待加工工件200时能够形成具有长焦深的椭圆形光斑，一方面使待加工工件200上裂纹更容易沿椭圆形光斑的长轴方向进行延展，降低发生崩边的几率，另一方面调制光束在光传播方向的长焦深特性能够提高待加工工件200的断面均匀度和平整度，且可以提高加工效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在一些实施例中，如图1所示，相位调制单元12包括沿第一方向顺次设置的第一相位调制元件121和第二相位调制元件122，且第一相位调制元件121设置于第一激光器11和第二相位调制元件122之间的位置。

如图6所示，第一相位调制元件121上设置有偶数个均经过第一相位调制元件121中心的相位区域，且相位区域的相位沿第一相位调制元件121中心轴中心对称；第一相位调制元件121用于对从第一激光器11射出的第一光束进行相位调制得到呈椭圆形光斑的调制光束；具体地，该第一相位调制元件121可以是空间光调制器或衍射光学元件等，能够对第一光束进行相位调制的元件即可，在此不作特别的限制。可以理解地，通过将第一激光器11射出的第一光束射入第一相位调制元件121的不同相位区域进行相位调制，第一相位调制元件121破坏了从第一激光器11射出的第一光束的横向相位的圆对称性，需要说明的是，本实施例中的横向相位，即是指该第一光束的径向截面的相位，使该第一光束调制形成沿自身光束径向截面方向形成偶数个均经过调制光束中心线且沿调制光束中心线中心对称的相位的调制光束，以使该调制光束形成椭圆形，即使从第一激光器11射出的呈圆形光斑的第一光束经第一相位调制元件121调制形成为呈椭圆形光斑的调制光束，椭圆形光斑的调制光束对待加工工件200进行切割形成的裂纹能够更容易沿椭圆形光斑的长轴方向进行延展，降低发生崩边的几率。

第二相位调制元件122为长焦深光学元件，长焦深光学元件用于对调制光束进行调制得到长焦深的调制光束。可以理解地，该长焦深光学元件具体可以是轴棱镜等能够产生长焦深光束的光学元件即可，在此不作特别的限制；需要说明的是，在本实施例中，该长焦深的调制光束，其焦深具体可以达到2mm，能够贯穿厚度小于2mm的待加工工件200。可以理解地，通过长焦深光学元件对经第一相位调制元件121调制后的调制光束进行进一步调制，能够得到具有长焦深的调制光束，即能够形成长焦深的椭圆形光斑，激光在光传播方向的长焦深特性能够进一步提高待加工工件200的断面均匀度和平整度，且进一步提高加工效率。需要说明的是，在其他实施例中，该第一相位调制元件121和第二相位调制元件122可以合为一个光学元件进行替代，其中该光学元件既能够对第一光束进行相位调制，又能将该第一光束调制为具有长焦深性能的光束。

在一些实施例中，第一相位调制元件121的相位区域中，相邻的相位区域的相位不同，相隔的相位区域的相位相同，相邻两个相位区域的相位差为π。可以理解地，经第一激光器11射出的第一光束经过该第一相位调制元件121进行调制，能够将该第一光束调制形成偶数个均经过调制光束中心线且沿调制光束中心线中心对称的相位的调制光束，且该调制光束的相邻相位相差π，相隔相位相同。如图2至图4所示，能够形成沿光束传播方向呈细丝状，中心光斑极小，且光斑形状呈椭圆形的调制光束，对待加工工件200进行切割时能够形成极窄的切割道，能够进一步有效降低崩边的风险。在一个具体的实施例中，如图6所示，第一相位调制元件121中形成有十二个相位区域，其中相邻两个相位区域相位相差π，相隔的相位区域的相位相同，其中图中相位区域α夹角角度小于10°。

在一些实施例中，第一激光器11为超短脉冲激光器，且发出的第一光束为高斯光束，高斯光束在进入相位调制单元12之前为光斑呈圆斑分布的激光束；该第一光束的波长为300nm～1100nm，脉宽小于50ps，单脉冲能量大于50μJ，脉冲重复频率为1KHz～300KHz。

在一些实施例中，如图1所示，激光加工***100还包括第一扩束准直单元13和第一聚焦单元14；沿第一方向，第一激光器11、第一扩束准直单元13、相位调制单元12和第一聚焦单元14顺次设置。第一扩束准直单元13用于对从第一激光器11射出的第一光束进行扩束及准直调整以得到准直的第一光束，准直的第一光束随后射入相位调制单元12。第一聚焦单元14用于对从相位调制单元12射出的调制光束进行聚焦形成聚焦光斑，聚焦光斑射向待加工工件200以对待加工工件200进行高精度的加工；需要说明的是，该第一聚焦单元14可以是单透镜或组合透镜***，以能够对调制光束进行聚焦即可，在此不作特别的限制。可以理解地，通过第一激光器11射出第一光束依次经过第一扩束准直单元13、相位调制单元12和第一聚焦单元14后形成聚焦的调制光束，该调制光束的光斑大小能够达到2～4μm，焦深可以达到2mm，能够贯穿厚度小于2mm的待加工工件200。

在一些实施例中，如图1所示，该第一加工组件1还可以包括第一光束偏转单元16，该第一光束偏转单元16用于根据实际光路空间结构中改变第一光束的传输方向，可以放置在第一激光器11、第一扩束准直单元13、相位调制单元12、第一聚焦单元14任意两个相邻元件之间的位置，具体在本实施例中，该第一光束偏转单元16设置于第一激光器11和第一扩束准直单元13之间的位置，且该第一光束偏转单元16与第一光束的入射光呈45°角，第一激光器11射出的沿水平方向传播的第一光束转向90°射向第一扩束准直单元13，提高结构紧凑性。

在一些实施例中，如图1所示，激光加工***100还包括第二加工组件2，第二加工组件2用于沿预设加工路径对改质区进行进一步加工以增加该改质区的宽度，需要说明的是，该改质区的宽度，即是指沿预设加工路径相交的方向，如通过第二加工组件2对切割道的宽度进行进一步加宽。

具体地，第二加工组件2包括沿第二方向设置的第二激光器21、第二扩束准直单元22、光束扫描单元23和第二聚焦单元24；第二激光器21射出的第二光束依次经过第二扩束准直单元22，光束扫描单元23和第二聚焦单元24后射向待加工工件200；第二扩束准直单元22用于对从第二激光器21射出的第二光束进行扩束及准直调整以得到准直的第二光束；光束扫描单元23用于对从第二扩束准直单元22射出的第二光束进行控制以使第二光束沿预设加工路径运动，需要说明的是，在本实施例中，该光束扫描单元23具体可以为振镜扫描***，通过振镜扫描***能够控制第二光束沿预设加工路径进行运动，以及控制第二光束沿与预设加工路径相交的方向进行运动，以使切割道进一步加宽，当然在其他实施例中并不限于振镜扫描***。第二聚焦单元24用于对从光束扫描单元23射出的第二光束进行聚焦后射向待加工工件200以对待加工工件200进行加工。可以理解地，通过第二光束沿预设加工路径对已通过第一加工组件1加工得到的改质区如切割道进行进一步扫描，将待加工工件200上要去除的物料和要保留的物料实现分离，使得切割道的宽度进一步加宽；需要说明的是，在本实施例中，通过第一加工组件1加工后，待加工工件200上待去除的物料并未与要保留的物料完全脱离，需要通过第二加工组件2进行进一步加工将加工工件上要去除的物料和要保留的物料实现分离。

在一些实施例中，该激光加工***100还包括视觉检测组件(图未示)，该视觉检测组件用于识别待加工工件200通过第一加工组件1加工后形成的改质区，以使待加工工件200上改质区的加工路径与第二光束扫描路径重合，提高加工精度。

在一些实施例中，该第二激光器21为CO₂激光器，其发出的第二光束为高斯光束，波长为10.6μm，利用该高斯光束良好的热效应对已通过第一加工组件1加工得到的改质区如切割道进行进一步扫描加工，以使切割道的宽度进一步进行加宽，使要去除的物料与要保留的物料实现良好分离，且不会影响要保留的物料表面完整性。

在一些实施例中，该第二加工组件2还可以包括第二光束偏转单元(图未示)，该第二光束偏转单元用于根据实际光路空间结构中改变第二光束的传输方向，可以放置在第二激光器21、第二扩束准直单元22、光束扫描单元23、第二聚焦单元24任意两个相邻元件之间的位置。

在一些实施例中，如图1所示，激光加工***100还包括第一载物台15和第一运动装置(图未示)；沿第一方向，第一载物台15设置于相位调制单元12远离第一激光器11的一侧，第一载物台15用于固定待加工工件200，第一运动装置用于带动第一载物台15在三维平面内进行移动及旋转，具体在本实施例中，该第一运动装置用于带动第一载物台15绕第一载物台15自身中心轴做旋转运动。可以理解地，当需要对待加工工件200进行激光切割时，将待加工工件200放置于第一载物台15上，通过第一运动装置带动第一载物台15做平移运动，使得经过相位调制单元12调制后的调制光束聚焦在待加工工件200的预设加工位置，随后第一运动装置带动第一载物台15进一步做旋转运动，使得调制光束的椭圆光斑的长轴方向与预设加工路径重合，以使待加工工件200在切割过程中形成的裂纹更容易沿椭圆形光斑的长轴方向进行延展，降低发生崩边的几率。当然，在其他实施例中，第一运动装置可以只带动第一载物台15做平移运动，此时相位调制单元12固定在外部旋转驱动装置上，外部旋转驱动装置可以驱动相位调制单元12旋转，使得调制光束的椭圆光斑的长轴方向与预设加工路径重合。

在一些实施例中，如图1所示，激光加工***100还包括第二载物台25和第二运动装置(图未示)；沿第二方向，第二载物台25设置于第二聚焦单元24远离光束扫描单元23的一侧，第二载物台25用于固定待加工工件200，第二运动装置用于带动第二载物台25在三维平面内进行移动及旋转。可以理解地，当待加工工件200经过第一加工组件1加工得到改质区后，将该待加工工件200放置于第二载物台25，通过第二运动装置带动第二载物台25做平移运动或旋转运动，使得第二光束聚焦在待加工工件200的改质区上。

在一些实施例中，该第一载物台15和第二载物台25上均可以开设有真空吸附孔，真空吸附孔用于吸附待加工工件200。可以理解地，通过在第一载物台15和第二载物台25各自的载物台上开设真空吸附孔，该真空吸附孔外接真空发生装置，以对放置于载物台上的待加工工件200进行吸附定位，从而对待加工工件200进行固定。

在一些实施例中，该激光加工***100还包括抓取装置(图未示)，抓取装置用于对待加工工件200进行抓取进行上下料操作。具体在本实施例中，该抓取装置可以用于抓取待加工工件200移至第一载物台15或第二载物台25。

基于上述的脆性材料的激光加工***100，本发明实施例还提供一种脆性材料的激光加工方法，其中，该脆性材料的激光加工方法基于上述的脆性材料的激光加工***100，如图7所示，激光加工方法包括如下步骤：

S110.第一激光器11发射第一光束；

S120.第一光束射入相位调制单元12进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束；

S130.沿预设加工路径，调制光束射向待加工工件200以对待加工工件200进行加工形成改质区。

需要说明的是，在步骤S110中，第一激光器11发射第一光束后，还可以包括如下步骤：将发射的第一光束射入第一扩束准直单元13后得到准直的第一光束，准直的第一光束随后射入相位调制单元12进行调制；此外，在步骤S120中，第一光束射入相位调制单元12进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束后，还可以包括如下步骤：从相位调制单元12射出的第一光束射入第一聚焦单元14得到聚焦后的第一光束，聚焦后的第一光束再射向待加工工件200。

综上，相比现有技术，该脆性材料的激光加工方法至少具有以下有益效果：该脆性材料的激光加工方法通过采用上述的脆性材料的激光加工***100，通过将第一激光器11产生的第一光束通过相位调制单元12进行调制得到调制光束，使得调制光束能够形成椭圆形光斑，且具有长焦深的特点，该调制光束照射在待加工工件200时能够形成具有长焦深的椭圆形光斑，一方面使待加工工件200上裂纹更容易沿椭圆形光斑的长轴方向进行延展，降低发生崩边的几率，另一方面激光在光传播方向的长焦深特性能够提高断面均匀度和平整度，且可以提高加工效率。

在一些实施例中，沿预设加工路径，调制光束射向待加工工件200以对待加工工件200进行加工形成改质区的步骤之后，如图8所示，还包括如下步骤：

S210.第二激光器21发射第二光束，发射的第二光束射入第二扩束准直单元22后得到准直的第二光束；

S220.准直的第二光束射入光束扫描单元23以使第二光束沿第一加工轨道方向运动；

S230.从光束扫描单元23射出的第二光束射入第二聚焦单元24得到聚焦后的第二光束；

S240.沿预设加工路径，第二光束射向待加工工件200以对改质区进行进一步加工以增加改质区的宽度。

可以理解地，通过第二光束沿预设加工路径对已通过第一加工组件1加工得到的改质区如切割道进行进一步扫描，将待加工工件200上要去除的物料和要保留的物料实现分离，使得切割道的宽度进一步加宽。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述激光加工***包括第一加工组件，所述第一加工组件用于沿预设加工路径在待加工工件上形成改质区；

沿第一方向，所述第一加工组件包括顺次设置的第一激光器和相位调制单元；所述第一激光器用于射出第一光束；

所述相位调制单元用于对从所述激光器射出的第一光束进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束，所述调制光束用于射向待加工工件以对待加工工件进行加工。

2.根据权利要求1所述的脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述相位调制单元包括沿第一方向顺次设置的第一相位调制元件和第二相位调制元件，且所述第一相位调制元件设置于所述第一激光器和所述第二相位调制元件之间的位置；

所述第一相位调制元件上设置有偶数个均经过所述第一相位调制元件中心的相位区域，且所述相位区域的相位沿所述第一相位调制元件中心轴中心对称；所述第一相位调制元件用于对从所述激光器射出的第一光束进行相位调制得到呈椭圆形光斑的调制光束；

所述第二相位调制元件为长焦深光学元件，所述长焦深光学元件用于对所述调制光束进行调制得到长焦深的调制光束。

3.根据权利要求2所述的脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述第一相位调制元件的相位区域中，相邻的相位区域的相位不同，相隔的相位区域的相位相同，相邻两个相位区域的相位差为π。

4.根据权利要求1所述的脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述第一激光器为超短脉冲激光器，发出的第一光束的波长为300nm～1100nm，脉宽小于50ps，单脉冲能量大于50μJ，脉冲重复频率为1KHz～300KHz。

5.根据权利要求1所述的脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述激光加工***还包括第一扩束准直单元和第一聚焦单元；沿第一方向，所述第一激光器、第一扩束准直单元、相位调制单元和第一聚焦单元顺次设置；

所述第一扩束准直单元用于对从所述第一激光器射出的第一光束进行扩束及准直调整以得到准直的第一光束，准直的第一光束随后射入所述相位调制单元；

所述第一聚焦单元用于对从所述相位调制单元射出的调制光束进行聚焦后射向待加工工件以对待加工工件进行加工。

6.根据权利要求1所述的脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述激光加工***还包括第一载物台和第一运动装置；沿第一方向，所述第一载物台设置于所述相位调制单元远离所述第一激光器的一侧，所述第一载物台用于固定待加工工件，所述第一运动装置用于带动所述第一载物台在三维平面内进行移动及旋转。

7.根据权利要求1至6任一项所述的脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述激光加工***还包括第二加工组件，所述第二加工组件用于沿预设加工路径对所述改质区进行进一步加工以增加该改质区的宽度；

所述第二加工组件包括沿第二方向设置的第二激光器、第二扩束准直单元、光束扫描单元和第二聚焦单元；所述第二激光器射出的第二光束依次经过第二扩束准直单元，光束扫描单元和第二聚焦单元后射向待加工工件；

所述第二扩束准直单元用于对从所述第二激光器射出的第二光束进行扩束及准直调整以得到准直的第二光束；

所述光束扫描单元用于对从所述第二扩束准直单元射出的第二光束进行控制以使所述第二光束沿所述预设加工路径运动；

所述第二聚焦单元用于对从所述光束扫描单元射出的第二光束进行聚焦后射向待加工工件以对待加工工件进行加工。

8.根据权利要求7所述的脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述第二激光器为CO₂激光器，发出的第二光束波长为10.6μm。

9.根据权利要求7所述的脆性材料的激光加工***，其特征在于，所述激光加工***还包括第二载物台和第二运动装置；沿第二方向，所述第二载物台设置于所述第二聚焦单元远离所述光束扫描单元的一侧，所述第二载物台用于固定待加工工件，所述第二运动装置用于带动所述第二载物台在三维平面内进行移动及旋转。

10.一种脆性材料的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法基于权利要求1至9任一项所述的脆性材料的激光加工***；所述激光加工方法包括如下步骤：

第一激光器发射第一光束；

第一光束射入所述相位调制单元进行调制得到具有长焦深且呈椭圆形光斑的调制光束；

沿预设加工路径，所述调制光束射向待加工工件以对待加工工件进行加工形成改质区。

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