專利名稱：激光內(nèi)雕裝置的制作方法
激光內(nèi)雕裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)雕裝置，更具體涉及一種利用激光束在物質(zhì)內(nèi)部形成標(biāo) 記的激光內(nèi)雕裝置。背景技術(shù)：
近十幾年來，在激光內(nèi)雕工藝中，通常采用傳統(tǒng)的1.06 iam或者0.532 pm 的波長的激光束，該激光束通過適當(dāng)方式匯聚在人造水晶.玻璃、亞克力等透 明物質(zhì)內(nèi)部形成高能量密度的匯聚點，并通過改變透明物質(zhì)的內(nèi)部特性形成微 小的可見爆裂點。利用適當(dāng)?shù)膫鲃訖C(jī)構(gòu)在透明物質(zhì)內(nèi)傳動該匯聚點，即可在人 造水晶、玻璃等透明物質(zhì)內(nèi)部形成一幅幅栩栩如生的內(nèi)雕圖案或符號等標(biāo)記。 但是，利用傳統(tǒng)波長的激光束所形成的爆裂點一般體積較大，其直徑約為50-200|am,甚至更大。當(dāng)用這些爆裂點組成三維立體或者二維平面圖案時，相鄰 兩點間的距離一般都選擇在O.lmm以上，從而導(dǎo)致形成的內(nèi)雕圖案比較粗糙。 此外，現(xiàn)有的激光內(nèi)雕機(jī)大多為多頭內(nèi)雕機(jī)(參見中國專利ZL00218951.8及 ZL 00232488.1 ),其共同的原理如下采用脈沖燈泵浦摻釹釔鋁石榴石(Nd: YAG)電光調(diào)Q式倍頻激光器，經(jīng)過大倍率擴(kuò)束鏡擴(kuò)束成較大的光斑，利用分 光鏡分成多束光，然后將每束光用45°反射鏡反轉(zhuǎn)九十度后再用單透鏡聚焦到 三軸工作臺上，此三軸工作臺可以在軟件的控制下帶動上面的工件一起運(yùn)動， 從而在人造水晶或玻璃等物質(zhì)內(nèi)部形成一個個的爆裂點，由這些爆裂點組成所 需圖案。目前用于內(nèi)雕機(jī)的電光調(diào)Q激光器的調(diào)制頻率只有幾十赫茲到一兩百 赫茲，因而存在著雕刻速度慢的問題。此外，傳統(tǒng)工作方式需要三軸工作臺的 三個軸同時高速運(yùn)動，因而導(dǎo)致振動和噪音都較大。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中基于傳統(tǒng)激光波長的內(nèi)雕裝置在物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的爆裂 點尺寸大、圖案過于粗糙的技術(shù)問題。本發(fā)明提出了一種基于紫外波長的激光 內(nèi)雕裝置。此外，本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)了現(xiàn)有激光內(nèi)雕機(jī)雕刻速度慢、振動和噪 音較大的缺陷。
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中基于傳統(tǒng)激光波長的內(nèi)雕裝置在物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的爆
裂點尺寸大、圖案過于粗糙的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種激光內(nèi) 雕裝置，該激光內(nèi)雕裝置包括用于承載待加工物質(zhì)的工作臺；用于產(chǎn)生預(yù)定 波長的激光束的激光發(fā)生器；用于將激光束匯聚到待加工物質(zhì)表面下以形成破 壞待加工物質(zhì)的內(nèi)部特性的激光匯聚點的光束匯聚機(jī)構(gòu)；以及用于相對待加工
物質(zhì)傳動激光匯聚點的傳動機(jī)構(gòu)，其中激光束的工作波長在紫外范圍
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，激光束的工作波長等于或小于0.355 Mm。 根據(jù)本發(fā)明 一優(yōu)選實施例，激光發(fā)生器為三倍頻激光器。 根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，該三倍頻激光器的兩端設(shè)置有第一和第二反射 鏡，第一和第二反射鏡形成第一諧振腔，在第一諧振腔的第一和第二拐角點分 別設(shè)置有用于偏轉(zhuǎn)第 一諧振腔內(nèi)的光路的第三和第四反射鏡，在第 一反射鏡和 相鄰的第三反射鏡之間的設(shè)置有用于產(chǎn)生在第一諧振腔內(nèi)振蕩的基頻激光的激 光器模塊以及對基頻激光進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器，在第三和第四反射鏡之間設(shè)置有 對基頻激光進(jìn)行倍頻的倍頻器件以及與第二反射鏡形成倍頻激光的第二諧振腔 的諧波鏡，在第四反射鏡和第二反射鏡之間設(shè)置有對基頻激光和倍頻激光進(jìn)行 合頻的合頻器件，其中第四反射鏡和第二反射鏡形成合頻激光的第三諧振腔并 且第四反射鏡作為合頻激光的輸出鏡。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，調(diào)制器為聲光調(diào)制器。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，激光器模塊為能夠產(chǎn)生1.06nm波長激光的激 光二極管泵浦的固體激光器模塊。
根據(jù)本發(fā)明 一優(yōu)選實施例，光束匯集機(jī)構(gòu)為對激光束進(jìn)行聚焦的聚焦透鏡。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，傳動機(jī)構(gòu)包括傳動激光束在預(yù)定平面上進(jìn)行掃 描的二維傳動機(jī)構(gòu)以及在垂直于預(yù)定平面的方向上傳動工作臺的一維傳動機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，二維傳動機(jī)構(gòu)為具有至少兩個反射振鏡的振鏡
掃描器。
根據(jù)本發(fā)明 一優(yōu)選實施例，待加工物質(zhì)包含有二氧化硅。 通過采用上述結(jié)構(gòu)，利用人造水晶和玻璃對紫外波段所表現(xiàn)出相對較強(qiáng)的 吸收特性，使得在物質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生的爆裂點體積更小，生成的圖案更加細(xì)膩、 逼真。本發(fā)明的激光內(nèi)雕裝置采用高速擺動的反射振鏡配合單維工作臺的相對 運(yùn)動實現(xiàn)三維圖案的雕刻，因此噪音和振動都大大降低。另外，本發(fā)明的激光
內(nèi)雕裝置頻率相對較高，因而提高了激光內(nèi)雕裝置的雕刻速度。附困說明


圖1是本發(fā)明的紫外內(nèi)雕裝置一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是用于本發(fā)明的紫外內(nèi)雕裝置中的三倍頻激光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)-說明。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明的紫外內(nèi)雕裝置一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本 實施例中，紫外內(nèi)雕裝置l包括用于產(chǎn)生0.355 Mm波長的紫外激光的激光發(fā) 生器2、擴(kuò)束鏡3、包括至少兩片反射振鏡42、 43的振鏡掃描器、有聚焦作用 的F-Theta透鏡5以及用于承栽待加工物質(zhì)(未圖示)的工作臺6,其中，反射 振鏡42、 43可在計算機(jī)控制下傳動激光束在預(yù)定平面內(nèi)進(jìn)行快速二維掃描，而 工作臺6則在計算機(jī)的控制下由一維傳動機(jī)構(gòu)在垂直于該預(yù)定平面的方向上進(jìn) 行傳動。
由激光發(fā)生器2輸出波長為0.355 jum的激光束，經(jīng)擴(kuò)束鏡3進(jìn)行10倍 擴(kuò)束后，入射到振鏡掃描器的兩片反射振鏡42、 43上，反射振鏡42、 43在計 算機(jī)控制下繞各自的轉(zhuǎn)軸高速擺動，由此傳動激光束在工作臺6上的預(yù)定平面 沿X、 Y方向上進(jìn)行掃描，形成平面圖像。而三維圖像是靠振鏡掃描器與工作 臺6的相對運(yùn)動實現(xiàn)的。通過焦距為80mm的F-Theta鏡頭5將激光束聚焦在待 加工物質(zhì)內(nèi)部，形成足以破壞待加工物質(zhì)的內(nèi)部特性的微細(xì)的匯聚點(光斑)， 在每個高能量的激光脈沖瞬間就會在物質(zhì)內(nèi)部燒蝕形成爆裂點。經(jīng)過計算機(jī)控 制連續(xù)不斷地重復(fù)這一過程，就可以將預(yù)先設(shè)計好的字符、圖案等內(nèi)容永久地 蝕刻在待加工物質(zhì)的內(nèi)部。
由于人造水晶和玻璃的主要成分是二氧化硅，它對紫外波段表現(xiàn)出相對較 強(qiáng)的吸收性，通過將激光內(nèi)雕機(jī)的工作波長控制在紫外波長范圍內(nèi)，從而能夠 更容易地在人造水晶或玻璃等內(nèi)部形成爆裂點，而且該爆裂點比現(xiàn)有的1.06 nm 或者0.532 nim激光所形成的爆裂點體積小，雕刻出來的圖案比較細(xì)膩、逼真。
此外，在上述實施例中，采用的激光波長為0.355 jam,但是小于0.355 |im 的紫外波長也可以適用。不過由于爆裂點的尺寸也減小，可能會導(dǎo)致在人造水 晶或玻璃內(nèi)的內(nèi)雕圖案不夠清晰，因此0.3 5 5 ju m波長為優(yōu)選的。
如圖2所示，圖2是用于本發(fā)明的紫外內(nèi)雕裝置中的三倍頻激光發(fā)生器 的結(jié)構(gòu)示意圖。該激光發(fā)生器可用于產(chǎn)生本發(fā)明的紫外內(nèi)雕裝置所需波長的激 光。其中，在激光發(fā)生器的兩端設(shè)置有第一反射鏡22和第二反射鏡23，第一反
射鏡22和第二反射鏡23形成第一諧振腔，在第一諧振腔的第一和第二拐角點 分別設(shè)置有用于偏轉(zhuǎn)光路的第三反射鏡25和第四反射鏡26,在第一反射鏡22 和第三反射鏡25之間設(shè)置激光器模塊21以及調(diào)制器24，在第三反射鏡25和第 四反射鏡26之間設(shè)置有倍頻器件28以及諧波鏡27,在第四反射鏡26和第二反 射鏡23之間設(shè)置有合頻器件29。
其中，激光器模塊21采用激光二極管泵浦的固體激光器模塊，而調(diào)制器24 為聲光調(diào)制器(也稱q頭)。激光二極管泵浦的固體激光器模塊21發(fā)出波長為 1.06 ja m的基頻激光，并在由第一反射鏡22 (IR全反鏡，即對該1.06 n m的激 光全反)和第二反射鏡23 (三色全反鏡，對1.06um， 0.532 um和0.355 pm三 色光全反)組成的第一諧振腔內(nèi)振蕩。聲光調(diào)制器24設(shè)置在第一反射鏡22和 激光器模塊21之間，經(jīng)過聲光調(diào)制器24可以形成一定頻率的高峰值功率的巨 脈沖。第三反射鏡25和第四反射鏡26可采用45度反射鏡，其中第三和第四反 射鏡25、 26的參數(shù)稍有不同。第三反射鏡25為45度紅外1.06jum全反鏡，而 第四反射鏡26對1.06 M m波長的光和0.532 |u m波長的光全反，7十0.355 ju m波 長的光是高透的。第三反射鏡25作為第一諧振腔的第一拐角點，第四反射鏡26 作為第二拐角點，也作為0.355 Mm激光的輸出鏡。采用折疊腔的目的是為了減 小機(jī)器的外形尺寸。諧波鏡27位于第三反射鏡25和倍頻器件28之間，諧波鏡 27對1.06)am波長的光高透，對0.532 ju m波長的光全反，它與第二反射鏡23 組成第二諧振腔，經(jīng)由倍頻器件28產(chǎn)生0.532 )im波長的倍頻激光。第四反射 鏡26與第二反射鏡23組成第三諧振腔，經(jīng)由合頻器件29后產(chǎn)生0.355 jum波 長的合頻(三倍頻)激光，并由第四反射鏡26輸出。
0.355 m m波長的激光的產(chǎn)生過程如下，由激光二極管泵浦的固體激光器模 塊21發(fā)出的1.06nm波長的激光，其在第一反射鏡22和第二反射鏡23組成的 第一諧振腔內(nèi)振蕩，經(jīng)過聲光調(diào)制器24調(diào)制后形成激光巨脈沖，此巨脈沖在經(jīng) 過倍頻器件28時，形成0.532 u m的倍頻激光，當(dāng)1.06 n m激光與0.532 p m的 倍頻激光經(jīng)過合頻器件29時，形成0.355 m m的合頻激光，并最終由作為0.355
(a m激光的輸出鏡的第四反射鏡26輸出。
通過采用上述結(jié)構(gòu)，利用人造水晶和玻璃對紫外波段所表現(xiàn)出相對較強(qiáng)的 吸收特性，使得在物質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生的爆裂點體積更小，生成的圖案更加細(xì)膩、 逼真。本發(fā)明的激光內(nèi)雕裝置采用高速擺動的反射振鏡配合單維工作臺的相對 運(yùn)動實現(xiàn)三維圖案的雕刻，因此噪音和振動都大大降低。另外，本發(fā)明的激光 內(nèi)雕裝置的頻率相對較高，可以達(dá)到五千赫茲，甚至到八千赫茲，因而提高了 激光內(nèi)雕裝置的雕刻速度。
在上述實施例中，僅對本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在 不脫離本發(fā)明所保護(hù)的范圍和精神的情況下，可根據(jù)不同的實際需要設(shè)計出各 種實施方式。例如，可以利用其他方式生成0.355 jam或其他紫外波長的激光束， 并利用聚焦以外的方法對激光束進(jìn)行匯聚，例如通過多個光束疊加方式產(chǎn)生所 需能量密度的光斑。并且，本發(fā)明的光斑傳動機(jī)構(gòu)也不局限與此，可以根據(jù)實 際需要進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種激光內(nèi)雕裝置，所述激光內(nèi)雕裝置包括用于承載待加工物質(zhì)的工作臺；用于產(chǎn)生預(yù)定波長的激光束的激光發(fā)生器；用于將所述激光束匯聚到所述待加工物質(zhì)表面下以形成破壞所述待加工物質(zhì)的內(nèi)部特性的激光匯聚點的光束匯聚機(jī)構(gòu)；以及用于相對所述待加工物質(zhì)傳動所述激光匯聚點的傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述激光束的工作波長在紫外范圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述激光束的工作 波長等于或小于0.355 jam。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述激光發(fā)生器為三倍頻激光器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述三倍頻激光器 的兩端設(shè)置有第一和第二反射鏡，所述第一和第二反射鏡形成第一諧振腔，在 所述第 一諧振腔的第一和第二拐角點分別設(shè)置有用于偏轉(zhuǎn)所述第一諧振腔內(nèi)的 光路的第三和第四反射鏡，在所述第 一反射鏡和相鄰的所述第三反射鏡之間的 設(shè)置有用于產(chǎn)生在所述第 一諧振腔內(nèi)振蕩的基頻激光的激光器模塊以及對所述 基頻激光進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器，在所述第三和第四反射鏡之間設(shè)置有對所述基頻 激光進(jìn)行倍頻的倍頻器件以及與所述第二反射鏡形成倍頻激光的第二諧振腔的 諧波鏡，在所述第四反射鏡和所述第二反射鏡之間設(shè)置有對所述基頻激光和所 迷倍頻激光進(jìn)行合頻的合頻器件，其中所述第四反射鏡和所述第二反射鏡形成 合頻激光的第三諧振腔并且所述第四反射鏡作為所述合頻激光的輸出鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述調(diào)制器為聲光 調(diào)制器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述激光器模塊為 能夠產(chǎn)生1.06nm波長激光的激光二極管泵浦的固體激光器模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述光束匯集機(jī)構(gòu) 為對所述激光束進(jìn)行聚焦的聚焦透鏡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述傳動機(jī)構(gòu)包括 傳動所述激光束在預(yù)定平面上進(jìn)行掃描的二維傳動機(jī)構(gòu)以及在垂直于所述預(yù)定 平面的方向上傳動所述工作臺的 一維傳動機(jī)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述二維傳動機(jī)構(gòu) 為具有至少兩個反射振鏡的振鏡掃描器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光內(nèi)雕裝置，其特征在于所述待加工物質(zhì) 包含有二氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光內(nèi)雕裝置，該激光內(nèi)雕裝置包括用于承載待加工物質(zhì)的工作臺；用于產(chǎn)生預(yù)定波長的激光束的激光發(fā)生器；用于將激光束匯聚到待加工物質(zhì)表面下以形成破壞待加工物質(zhì)的內(nèi)部特性的激光匯聚點的光束匯聚機(jī)構(gòu)；用于相對待加工物質(zhì)傳動激光匯聚點的傳動機(jī)構(gòu)，其中激光束的工作波長在紫外范圍。通過采用上述結(jié)構(gòu)，利用人造水晶和玻璃對紫外波段所表現(xiàn)出相對較強(qiáng)的吸收特性，使得在物質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生的爆裂點體積更小，生成的圖案更加細(xì)膩、逼真。
文檔編號B44B1/00GK101152819SQ20061006292
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者劉慶學(xué), 周朝明, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司