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CN111958107B - 一种激光精细加工设备 - Google Patents

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CN111958107B CN202010621569.5A CN202010621569A CN111958107B CN 111958107 B CN111958107 B CN 111958107B CN 202010621569 A CN202010621569 A CN 202010621569A CN 111958107 B CN111958107 B CN 111958107B
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Abstract

本发明公开了一种激光精细加工设备，可以实现石英、硅片、蓝宝石等硬脆材料的高质量加工，解决传统制造设备合格率低、可靠性差、加工质量低的问题。利用三波长超快激光，通过光路切换与光束空间整形调制，将激光束传输至不同的加工工位，加工工位具有紧聚焦、光束成丝、以及任意形状扫描的功能，可高效地实现多种材料的加工。同时，采用多硬件共用方式显著降低设备成本。

Description

一种激光精细加工设备
技术领域
本发明属于激光加工设备技术领域，尤其涉及一种激光精细加工设备。
背景技术
基于具有精细功能结构的高性能玻璃/硅材料的MEMS惯性器件和加速度计的制造水平决定着战略导弹的弹道控制和落点精度，航天器姿态控制和飞机导航定位，是影响战略导弹、载人航天、深空探测以及航空领域等重大型号研制成败的关键。然而，制备MEMS惯性器件的关键材料和第三代半导体材料具有硬度高、熔点高、脆性大等特点，属于典型的硬脆性材料。传统制造技术及设备在加工质量、合格率、可靠性上往往不能满足要求。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种激光精细加工设备，解决了基于硬脆材料的关键器件制造难题，满足了高性能玻璃和硅基MEMS、第三代电子3D集成封装中碳化硅等硬脆材料的高效高精度加工的需求，填补了国内空白。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种激光精细加工设备，包括：二层光学平台、连接区光学平台、一层加工平台和阶梯型加工台；其中，一层加工平台和二层光学平台分别设置在阶梯型加工台的第一级台阶面和第二级台阶面上，连接区光学平台设置在阶梯型加工台第一级台阶面与第二级台阶面的过渡面上；
二层光学平台，用于发射至少三种不同波长的激光束；
连接区光学平台，用于对二层光学平台输出的激光束进行空间整形处理后输出至层光学平台，实现对一层加工平台上承载的待加工样片的精细加工；
一层加工平台，用于承载待加工样片，调整待加工样片的加工位置；以及，在待加工样片调整至预定的加工位置后，接收连接区光学平台输出的激光束对待加工样片的加工，并在加工过程中，按照加工需求调整待加工样片的加工轨迹。
在上述激光精细加工设备中，二层光学平台，包括：超快激光器、红外激光扩束镜、光阑、红外激光缩束镜、红外激光全反镜a、红外激光全反镜b、红外激光空间光调制器、红外激光全反镜c、红外激光正透镜a、红外激光全反镜d、红外激光半波片、红外激光偏振片、红外激光分束镜、红外激光波段CCD相机、红外激光全反镜e、红外激光正透镜b、紫外激光全反镜a、紫外激光扩束镜、绿光激光全反镜a和绿光激光扩束镜；
超快激光器可发射红外激光束、紫外激光束和绿光激光束；
红外激光束的光路路径如下：超快激光器发射的红外激光束经红外激光扩束镜扩束后，通过光阑将红外激光束光斑外沿的能量剔除，获得平顶分布激光束，再经红外激光缩束镜进行缩束，通过红外激光全反镜a将红外激光束反射至红外激光全反镜b，经红外激光全反镜b反射的红外激光束入射至红外激光空间光调制器的靶面上，进行红外激光束的空间整形，经空间整形后的红外激光束由红外激光全反镜c反射至红外激光正透镜a，经红外激光正透镜a出射红外激光全反镜d，经红外激光全反镜d反射后依次经过红外激光半波片、红外激光偏振片入射至红外激光分束镜，红外激光束的一部分能量经红外激光分束镜反射至红外激光波段CCD相机，通过红外激光波段CCD相机对红外激光束光束整形后的光斑空间能量分布进行检测、观察；红外激光束的另一部分能量经红外激光分束镜透射至红外激光全反镜e，再经红外激光全反镜e反射至红外激光正透镜b，通过红外激光正透镜b出射；
紫外激光束的光路路径如下：超快激光器发射的紫外激光束，经紫外激光全反镜a反射后入射至紫外激光扩束镜，通过紫外激光扩束镜扩束后出射；
绿光激光束的光路路径如下：超快激光器发射的绿光激光束，经绿光激光全反镜a反射后入射至绿光激光扩束镜，通过绿光激光扩束镜扩束后出射。
在上述激光精细加工设备中，连接区光学平台，包括：相机光源a、半反半透镜a、高倍率CCD相机、红外激光全反镜f、红外激光全反镜g、红外激光聚焦单元、相机光源b、半反半透镜b、紫外激光全反镜b、紫外激光全反镜c、紫外激光聚焦单元、相机光源c、半反半透镜c、绿光激光全反镜b、绿光激光全反镜c、绿光激光聚焦单元、Z轴位移台、Z轴位移台随动光学平台、低倍率CCD相机、激光测距仪和扫描振镜；
红外激光全反镜f位于红外激光正透镜b的出射光路上，相机光源a设置在红外激光全反镜f前方、位于红外激光正透镜b与红外激光全反镜f之间，半反半透镜a设置在相机光源a与红外激光全反镜f之间；
绿光激光全反镜b位于绿光激光扩束镜的出射光路上，相机光源c设置在绿光激光全反镜b前方、位于绿光激光扩束镜与绿光激光全反镜b之间，半反半透镜c设置在相机光源c与绿光激光全反镜b之间；
紫外激光全反镜b位于紫外激光扩束镜的出射光路上，相机光源b设置在紫外激光全反镜b前方、位于紫外激光扩束镜与紫外激光全反镜b之间，半反半透镜b设置在与紫外激光全反镜b之间；
Z轴位移台随动光学平台设置在红外激光全反镜f、绿光激光全反镜b和紫外激光全反镜b的后方、与Z轴位移台连接；其中，Z轴位移台随动光学平台上安装有：红外激光全反镜g、红外激光聚焦单元、紫外激光全反镜c、紫外激光聚焦单元、绿光激光全反镜c、绿光激光聚焦单元、低倍率CCD相机、激光测距仪和扫描振镜；
红外激光聚焦单元设置在红外激光全反镜f后方、位于红外激光全反镜f的出射光路上，红外激光全反镜g设置在红外激光聚焦单元与红外激光全反镜f之间；
绿光激光聚焦单元设置在绿光激光全反镜b后方，位于绿光激光全反镜b的出射光路上，绿光激光全反镜c设置在绿光激光聚焦单元与绿光激光全反镜b之间；
紫外激光聚焦单元设置在紫外激光全反镜b后方，位于紫外激光全反镜b的出射光路上，紫外激光全反镜c设置在紫外激光聚焦单元与紫外激光全反镜b；
低倍率CCD相机、激光测距仪和扫描振镜依次设置、位于紫外激光全反镜c的一侧；其中，扫描振镜与紫外激光全反镜c相邻。
在上述激光精细加工设备中，一层加工平台，包括：X轴位移台、Y轴位移台和吸盘；
X轴位移台与Y轴位移台正交设置；
吸盘安装在Y轴位移台上，可在X轴位移台和Y轴位移台控制下沿X方向或Y移动。
在上述激光精细加工设备中，半反半透镜a、半反半透镜b、半反半透镜c、红外激光全反镜g，紫外激光全反镜c和绿光激光全反镜c均可沿Y轴方向移动；
当半反半透镜a处于零位时，不在红外激光加工的观察光路内；当半反半透镜a处于工作位时，半反半透镜a沿Y轴移动，进入红外激光加工的观察光路内；
当半反半透镜b处于零位时，不在紫外激光加工的观察光路内；当半反半透镜b处于工作位时，半反半透镜b沿Y轴移动，进入紫外激光加工的观察光路内；
当半反半透镜c处于零位时，不在绿光激光加工的观察光路内；当半反半透镜c处于工作位时，半反半透镜c沿Y轴移动，进入绿光激光加工的观察光路内；
当红外激光全反镜g处于零位时，不在红外激光的加工光路内；当红外激光全反镜g处于工作位时，红外激光全反镜g沿Y轴移动，进入红外激光的加工光路内；
当紫外激光全反镜c处于零位时，不在紫外激光加工的光路内；当紫外激光全反镜c处于工作位时，紫外激光全反镜c沿Y轴移动，进入紫外激光加工的光路内；
当绿光激光全反镜c处于零位时，不在绿光激光加工的光路内；当绿光激光全反镜c处于工作位时，绿光激光全反镜c沿Y轴移动，进入绿光激光加工的光路内。
在上述激光精细加工设备中，
当红外激光聚焦单元工作、扫描振镜不工作时，红外激光全反镜g处于零位，不在红外激光的加工光路内；经红外激光全反镜f反射的红外激光束直接进入红外激光聚焦单元，随后输出至加工位置；将待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至红外激光聚焦单元正下方，即待加工样片位于红外激光聚焦单元正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜a处于工作位，半反半透镜b与半反半透镜c处于零位，相机光源a用于发射可见光，依次通过半反半透镜a、红外激光全反镜f透射至红外激光聚焦单元，再通过红外激光聚焦单元后辐照至加工位置；加工位置返回的可见光，经红外激光聚焦单元、红外激光全反镜f、半反半透镜a，反射至高倍率CCD相机，以此对红外激光加工过程进行观察；
当扫描振镜工作、红外激光聚焦单元不工作时，红外激光全反镜g处于工作位，位于红外激光的加工光路内；与此同时，紫外激光全反镜c和绿光激光全反镜c处于零位；经红外激光全反镜f反射的红外激光束经红外激光全反镜g反射后进入扫描振镜，随后输出至加工位置；将待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至扫描振镜正下方，即待加工样片位于扫描振镜正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜a处于工作位，半反半透镜b与半反半透镜c处于零位，相机光源a用于发射可见光，依次通过半反半透镜a、红外激光全反镜f透射至红外激光全反镜g，再通过红外激光全反镜g反射至扫描振镜，通过扫描振镜辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜、红外激光全反镜g、红外激光全反镜f、半反半透镜a，反射至高倍率CCD相机，以此对红外激光加工过程进行观察；
其中，待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至激光测距仪正下方，即使待加工样片位于激光测距仪正下方进行测距，通过调整Z轴位移台，使Z轴位移台随动光学平台移动，使激光测距仪与待加工样片上表面的相对距离满足红外激光束经红外激光聚焦单元或扫描振镜的焦距要求；随后，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至低倍率CCD相机正下方，即待加工样片位于低倍率CCD相机正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
在上述激光精细加工设备中，
当紫外激光聚焦单元工作、扫描振镜不工作时，紫外激光全反镜c处于零位，不在紫外激光的加工光路内，经紫外激光全反镜b反射的紫外激光束直接进入紫外激光聚焦单元，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至紫外激光聚焦单元正下方，即待加工样片位于紫外激光聚焦单元正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜b处于工作位，相机光源b用于发射可见光，依次通过半反半透镜b，紫外激光全反镜b透射至紫外激光聚焦单元，再通过紫外激光聚焦单元后辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经紫外激光聚焦单元、紫外激光全反镜b、半反半透镜b，反射至高倍率CCD相机，以此对紫外激光加工过程进行观察；
当扫描振镜工作、紫外激光聚焦单元不工作时，紫外激光全反镜c处于工作位，位于紫外激光的加工光路内，经紫外激光全反镜b反射的紫外激光束经紫外激光全反镜c反射后进入扫描振镜，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至扫描振镜正下方，即待加工样片位于扫描振镜正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜b处于工作位，相机光源b用于发射可见光，依次通过半反半透镜b，紫外激光全反镜b透射至紫外激光全反镜c，再通过紫外激光全反镜c反射至扫描振镜，通过扫描振镜辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜、紫外激光全反镜c、紫外激光全反镜b、半反半透镜b，反射至高倍率CCD相机，以此对紫外激光加工过程进行观察；
其中，待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至激光测距仪正下方，即使待加工样片位于激光测距仪正下方进行测距，通过调整Z轴位移台，使Z轴位移台随动光学平台移动，使激光测距仪与待加工样片上表面的相对距离满足紫外激光束经紫外激光聚焦单元或扫描振镜的焦距要求；随后，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至低倍率CCD相机正下方，即待加工样片位于低倍率CCD相机正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
在上述激光精细加工设备中，
当绿光激光聚焦单元工作、扫描振镜不工作时，绿光激光全反镜c处于零位，不在绿光激光的加工光路内，经绿光激光全反镜b反射的绿光激光束直接进入绿光激光聚焦单元，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至绿光激光聚焦单元正下方，即待加工样片位于绿光激光聚焦单元正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜c处于工作位，半反半透镜b处于零位，相机光源c用于发射可见光，依次通过半反半透镜c、绿光激光全反镜b透射至绿光激光聚焦单元，再通过绿光激光聚焦单元后辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经绿光激光聚焦单元、绿光激光全反镜b、半反半透镜c，反射至高倍率CCD相机，以此对绿光激光加工过程进行观察；
当扫描振镜工作，绿光激光聚焦单元不工作时，绿光激光全反镜c处于工作位，位于绿光激光的加工光路内，同时，紫外激光全反镜c处于“零位”，经绿光激光全反镜b反射的绿光激光束经绿光激光全反镜c反射后进入扫描振镜，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至扫描振镜正下方，即待加工样片位于扫描振镜正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜c处于工作位，半反半透镜b处于零位，相机光源c用于发射可见光，依次通过半反半透镜c，绿光激光全反镜b透射至绿光激光全反镜c，再通过绿光激光全反镜c反射至扫描振镜，通过扫描振镜辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜、绿光激光全反镜c、绿光激光全反镜b、半反半透镜c，反射至高倍率CCD相机，以此对绿光激光加工过程进行观察；
其中，待加工样片吸附在吸盘上，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至激光测距仪正下方，即使待加工样片位于激光测距仪正下方进行测距，通过调整Z轴位移台，使Z轴位移台随动光学平台移动，使激光测距仪与待加工样片上表面的相对距离满足紫外激光束经绿光激光聚焦单元或扫描振镜的焦距要求；随后，移动X轴位移台与Y轴位移台，使吸盘移动至低倍率CCD相机正下方，即待加工样片位于低倍率CCD相机正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
在上述激光精细加工设备中，激光精细加工设备使用O-XYZ坐标系；其中，坐标原点O为任意点；X轴的正方向平行于超快激光器发射的红外激光束，红外激光束、紫外激光束和绿光激光束三者的出射方向平行；Y轴负方向平行于紫外激光束经紫外激光全反镜a发射后的出射方向；Z轴根据右手定则确定。
在上述激光精细加工设备中，
紫外激光全反镜a、紫外激光全反镜b和紫外激光全反镜c为紫外激光45度全反镜；红外激光全反镜a、红外激光全反镜b、红外激光全反镜e和红外激光全反镜f为红外激光45度全反镜；绿光激光全反镜a、绿光激光全反镜b和绿光激光全反镜c为绿光激光45度全反镜；其中，红外激光全反镜f对红外激光全反射，对可见光透射；紫外激光全反镜b对紫外激光全反射，对可见光透射；绿光激光全反镜b对绿光激光全反射，对可见光除绿光外的波段透射；
红外激光全反镜g对红外激光全反射，对可见光高反射；紫外激光全反镜c对紫外激光全反射，对可见光高反射；绿光激光全反镜c对绿光激光全反射，对可见光高反射；
半反半透镜a、半反半透镜b和半反半透镜c分别对相机光源a、相机光源b和相机光源c发射的可见光半反半透；
红外激光扩束镜的扩束比例大于红外激光缩束镜的缩束比例；
光阑对红外激光束光斑外沿能量剔除不超过红外激光束光斑整体能量的10％；
红外激光正透镜a与红外激光正透镜b构成4f系统；其中，红外激光正透镜a与红外激光正透镜b的光程距离等于红外激光正透镜a与红外激光正透镜b的焦距之和、等于红外激光空间光调制器靶面到红外激光聚焦单元的光程距离的一半；
红外激光半波片用于调控红外激光束的偏振方向，红外激光偏振片用于红外激光束偏振方向选择与能量控制。
本发明具有以下优点：
(1)多波长多工位加工。
本发明提供一种激光精细加工设备，根据不同材料自身吸收光谱特性选择适合的激光波长进行加工，选择了三种激光波长输出，包括紫光、绿光、红外光波长，满足绝大部分材料加工需求，设计了多个加工工位，通过工位切换灵活、高效地实现多种材料的加工。
(2)激光束空间分布可调。
本发明提供一种激光精细加工设备，对最常用的红外波长激光进行光束整形，可实现高质量的切割、打孔、划槽、修调等功能，尤其可以实现硬脆材料的隐形切割。
(3)多种激光光束输出。
本发明提供一种激光精细加工设备，激光光束输出端为物镜、锥透镜或者扫描振镜。其中，物镜可实现超快激光的紧聚焦加工，锥透镜可实现超快激光成光丝贯穿式加工，扫描振镜可实现激光光束的任意形状扫描。
(4)采用多硬件共用方式显著降低设备成本。
本发明提供一种激光精细加工设备，第一，三波长激光由一台激光器输出，设计了针对不同波长激光束的传输光路；第二，采用一台同轴CCD相机进行工件定位、加工观察，利用可拆卸、可单向往返运动的反射镜进行多工位光路切换；第三，共用一套高精度位移台系统，通过定位切换不同的工位。
附图说明
图1是本发明实施例中一种激光精细加工设备的安装示意图；
图2是本发明实施例中一种激光精细加工设备的光路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
本发明基于超快激光加工技术，提供一种激光精细加工设备，特别涉及一种可以实现超快激光多波长多工位精细加工的激光精细加工设备，由物镜、锥透镜、扫描振镜等关键器件构成，利用三波长超快激光，通过光路切换与光束空间整形调制，将激光束传输至不同的加工工位，加工工位具有紧聚焦、光束成丝、以及任意形状扫描的功能，可以实现石英、硅片、蓝宝石等硬脆材料的高质量加工，解决了传统制造设备合格率低、可靠性差、加工质量低的问题。
如图1和图2所示，在本实施例中，该激光精细加工设备，包括：二层光学平台101、连接区光学平台201、一层加工平台301和阶梯型加工台。其中，一层加工平台301和二层光学平台101分别设置在阶梯型加工台的第一级台阶面和第二级台阶面上，连接区光学平台201设置在阶梯型加工台第一级台阶面与第二级台阶面的过渡面上。
在本实施例中，二层光学平台101，用于发射至少三种不同波长的激光束；连接区光学平台201，用于对二层光学平台101输出的激光束进行空间整形处理后输出至层光学平台101，实现对一层加工平台301上承载的待加工样片的精细加工；一层加工平台301，用于承载待加工样片，调整待加工样片的加工位置；以及，在待加工样片调整至预定的加工位置后，接收连接区光学平台201输出的激光束对待加工样片的加工，并在加工过程中，按照加工需求调整待加工样片的加工轨迹。
在本发明的一优选实施例中，二层光学平台101具体可以包括：包括：超快激光器102、红外激光扩束镜103、光阑104、红外激光缩束镜105、红外激光全反镜a106、红外激光全反镜b107、红外激光空间光调制器108、红外激光全反镜c109、红外激光正透镜a110、红外激光全反镜d111、红外激光半波片112、红外激光偏振片113、红外激光分束镜114、红外激光波段CCD相机115、红外激光全反镜e116、红外激光正透镜b117、紫外激光全反镜a118、紫外激光扩束镜119、绿光激光全反镜a120和绿光激光扩束镜121。其中，超快激光器102可发射红外激光束、紫外激光束和绿光激光束。
优选的，红外激光束的光路路径如下：超快激光器102发射的红外激光束经红外激光扩束镜103扩束后，通过光阑104将红外激光束光斑外沿的能量剔除，获得平顶分布激光束，再经红外激光缩束镜105进行缩束，通过红外激光全反镜a106将红外激光束反射至红外激光全反镜b107，经红外激光全反镜b107反射的红外激光束入射至红外激光空间光调制器108的靶面上，进行红外激光束的空间整形，经空间整形后的红外激光束由红外激光全反镜c109反射至红外激光正透镜a110，经红外激光正透镜a110出射红外激光全反镜d111，经红外激光全反镜d111反射后依次经过红外激光半波片112、红外激光偏振片113入射至红外激光分束镜114，红外激光束的一部分能量经红外激光分束镜114反射至红外激光波段CCD相机115，通过红外激光波段CCD相机115对红外激光束光束整形后的光斑空间能量分布进行检测、观察；红外激光束的另一部分能量经红外激光分束镜114透射至红外激光全反镜e116，再经红外激光全反镜e116反射至红外激光正透镜b117，通过红外激光正透镜b117出射。
优选的，紫外激光束的光路路径如下：超快激光器102发射的紫外激光束，经紫外激光全反镜a118反射后入射至紫外激光扩束镜119，通过紫外激光扩束镜119扩束后出射。
优选的，绿光激光束的光路路径如下：超快激光器102发射的绿光激光束，经绿光激光全反镜a120反射后入射至绿光激光扩束镜121，通过绿光激光扩束镜121扩束后出射。
在本发明的一优选实施例中，连接区光学平台201具体可以包括：相机光源a202、半反半透镜a203、高倍率CCD相机204、红外激光全反镜f205、红外激光全反镜g206、红外激光聚焦单元207、相机光源b208、半反半透镜b209、紫外激光全反镜b210、紫外激光全反镜c211、紫外激光聚焦单元212、相机光源c213、半反半透镜c214、绿光激光全反镜b215、绿光激光全反镜c216、绿光激光聚焦单元217、Z轴位移台218、Z轴位移台随动光学平台219、低倍率CCD相机220、激光测距仪221和扫描振镜222。其中，红外激光全反镜f205位于红外激光正透镜b117的出射光路上，相机光源a202设置在红外激光全反镜f205前方、位于红外激光正透镜b117与红外激光全反镜f205之间，半反半透镜a203设置在相机光源a202与红外激光全反镜f205之间；绿光激光全反镜b215位于绿光激光扩束镜121的出射光路上，相机光源c213设置在绿光激光全反镜b215前方、位于绿光激光扩束镜121与绿光激光全反镜b215之间，半反半透镜c214设置在相机光源c213与绿光激光全反镜b215之间；紫外激光全反镜b210位于紫外激光扩束镜119的出射光路上，相机光源b208设置在紫外激光全反镜b210前方、位于紫外激光扩束镜119与紫外激光全反镜b210之间，半反半透镜b209设置在208与紫外激光全反镜b210之间；Z轴位移台随动光学平台219设置在红外激光全反镜f205、绿光激光全反镜b215和紫外激光全反镜b210的后方、与Z轴位移台218连接。
优选的，Z轴位移台随动光学平台219上安装有：红外激光全反镜g206、红外激光聚焦单元207、紫外激光全反镜c211、紫外激光聚焦单元212、绿光激光全反镜c216、绿光激光聚焦单元217、低倍率CCD相机220、激光测距仪221和扫描振镜222。其中，红外激光聚焦单元207设置在红外激光全反镜f205后方、位于红外激光全反镜f205的出射光路上，红外激光全反镜g206设置在红外激光聚焦单元207与红外激光全反镜f205之间；绿光激光聚焦单元217设置在绿光激光全反镜b215后方，位于绿光激光全反镜b215的出射光路上，绿光激光全反镜c216设置在绿光激光聚焦单元217与绿光激光全反镜b215之间；紫外激光聚焦单元212设置在紫外激光全反镜b210后方，位于紫外激光全反镜b210的出射光路上，紫外激光全反镜c211设置在紫外激光聚焦单元212与紫外激光全反镜b210；低倍率CCD相机220、激光测距仪221和扫描振镜222依次设置、位于紫外激光全反镜c211的一侧；其中，扫描振镜222与紫外激光全反镜c211相邻。
在本发明的一优选实施例中，一层加工平台301具体可以包括：X轴位移台302、Y轴位移台303和吸盘304。其中，X轴位移台302与Y轴位移台303正交设置；吸盘304安装在Y轴位移台303上，可在X轴位移台302和Y轴位移台303控制下沿X方向或Y移动。
在本发明的一优选实施例中，半反半透镜a203、半反半透镜b209、半反半透镜c214、红外激光全反镜g206，紫外激光全反镜c211和绿光激光全反镜c216均可沿Y轴方向移动。其中，当半反半透镜a203处于零位时，不在红外激光加工的观察光路内；当半反半透镜a203处于工作位时，半反半透镜a203沿Y轴移动，进入红外激光加工的观察光路内；当半反半透镜b209处于零位时，不在紫外激光加工的观察光路内；当半反半透镜b209处于工作位时，半反半透镜b209沿Y轴移动，进入紫外激光加工的观察光路内；当半反半透镜c214处于零位时，不在绿光激光加工的观察光路内；当半反半透镜c214处于工作位时，半反半透镜c214沿Y轴移动，进入绿光激光加工的观察光路内；当红外激光全反镜g206处于零位时，不在红外激光的加工光路内；当红外激光全反镜g206处于工作位时，红外激光全反镜g206沿Y轴移动，进入红外激光的加工光路内；当紫外激光全反镜c211处于零位时，不在紫外激光加工的光路内；当紫外激光全反镜c211处于工作位时，紫外激光全反镜c211沿Y轴移动，进入紫外激光加工的光路内；当绿光激光全反镜c216处于零位时，不在绿光激光加工的光路内；当绿光激光全反镜c216处于工作位时，绿光激光全反镜c216沿Y轴移动，进入绿光激光加工的光路内。
在上述实施例的基础上，下面根据不同的加工用激光波长，分三条光路进行具体说明。
红外激光加工：
超快激光器发射红外激光束102，经红外激光扩束镜103扩束后，通过光阑104将红外激光束光斑外沿的能量剔除，获得近似平顶分布激光束，再经红外激光缩束镜105进行缩束，通过红外激光全反镜a106将红外激光束反射至红外激光全反镜b107，经红外激光全反镜b107反射的红外激光束入射至红外激光空间光调制器108的靶面上，进行红外激光束的空间整形，经空间整形后的红外激光束由红外激光全反镜c109反射至红外激光正透镜a110，经红外激光正透镜a110出射至红外激光全反镜d111，经红外激光全反镜d 111反射后依次经过红外激光半波片112、红外激光偏振片113入射至红外激光分束镜114，激光束的极少部分能量经红外激光分束镜114反射至红外激光波段CCD相机115，通过红外激光波段CCD115相机对红外激光束光束整形后的光斑空间能量分布进行检测、观察；激光束的极大部分能量经红外激光分束镜114透射至红外激光全反镜e116，再经红外激光全反镜e116反射至红外激光正透镜b117，通过红外激光正透镜b117出射至红外激光全反镜f205。
当红外激光聚焦单元207工作、扫描振镜222不工作时，红外激光全反镜g206处于零位，不在红外激光的加工光路内；经红外激光全反镜f205反射的红外激光束直接进入红外激光聚焦单元207，随后输出至加工位置；将待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至红外激光聚焦单元207正下方，即待加工样片位于红外激光聚焦单元207正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜a203处于工作位，半反半透镜b209与半反半透镜c214处于零位，相机光源a202用于发射可见光，依次通过半反半透镜a203、红外激光全反镜f205透射至红外激光聚焦单元207，再通过红外激光聚焦单元207后辐照至加工位置；加工位置返回的可见光，经红外激光聚焦单元207、红外激光全反镜f205、半反半透镜a203，反射至高倍率CCD相机204，以此对红外激光加工过程进行观察。
当扫描振镜工作222、红外激光聚焦单元207不工作时，红外激光全反镜g206处于工作位，位于红外激光的加工光路内；与此同时，紫外激光全反镜c211和绿光激光全反镜c216处于零位；经红外激光全反镜f205反射的红外激光束经红外激光全反镜g206反射后进入扫描振镜222，随后输出至加工位置；将待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至扫描振镜222正下方，即待加工样片位于扫描振镜222正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜a203处于工作位，半反半透镜b209与半反半透镜c214处于零位，相机光源a202用于发射可见光，依次通过半反半透镜a203、红外激光全反镜f205透射至红外激光全反镜g206，再通过红外激光全反镜g206反射至扫描振镜222，通过扫描振镜222辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜222、红外激光全反镜g206、红外激光全反镜f205、半反半透镜a203，反射至高倍率CCD相机204，以此对红外激光加工过程进行观察。
其中，待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至激光测距仪221正下方，即使待加工样片位于激光测距仪221正下方进行测距，通过调整Z轴位移台218，使Z轴位移台随动光学平台219移动，使激光测距仪221与待加工样片上表面的相对距离满足红外激光束经红外激光聚焦单元207或扫描振镜222的焦距要求；随后，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至低倍率CCD相机220正下方，即待加工样片位于低倍率CCD相机220正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
优选的，红外激光扩束镜103的扩束比例大于红外激光缩束镜105的缩束比例；光阑104对红外激光束光斑外沿能量剔除不超过红外激光束光斑整体能量的10％。
优选的，红外激光全反镜a106、红外激光全反镜b107、红外激光全反镜e116和红外激光全反镜f205为红外激光45度全反镜。
优选的，红外激光正透镜a110与红外激光正透镜b117构成4f系统(双透镜系统)；其中，红外激光正透镜a110与红外激光正透镜b117的光程距离等于红外激光正透镜a110与红外激光正透镜b117的焦距之和、等于红外激光空间光调制器108靶面到红外激光聚焦单元207的光程距离的一半。
优选的，红外激光半波片112用于调控红外激光束的偏振方向，红外激光偏振片113用于红外激光束偏振方向选择与能量控制。
在本实施例中，红外激光全反镜b107、红外激光空间光调制器108、红外激光全反镜c109、红外激光正透镜a110、红外激光全反镜d111、红外激光半波片112、红外激光偏振片113、红外激光分束镜114、红外激光波段CCD相机115、红外激光全反镜e116、红外激光正透镜b117为红外激光加工过程中对红外激光束的调制、整形、控制光路，对于需要控制设备成本或者对上述功能无要求的情况，可以将以上构件直接拆除，其他构件无需移动。红外激光束经红外激光全反镜a 106反射后，直接入射至红外激光全反镜f205反射至加工端。
紫外激光加工：
超快激光器102发射紫外激光束，经紫外激光全反镜a118反射后入射至紫外激光扩束镜119，通过紫外激光扩束镜119扩束后入射至紫外激光全反镜b210。
当紫外激光聚焦单元212工作、扫描振镜222不工作时，紫外激光全反镜c211处于零位，不在紫外激光的加工光路内，经紫外激光全反镜b210反射的紫外激光束直接进入紫外激光聚焦单元212，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至紫外激光聚焦单元212正下方，即待加工样片位于紫外激光聚焦单元212正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜b209处于工作位，相机光源b208用于发射可见光，依次通过半反半透镜b209，紫外激光全反镜b210透射至紫外激光聚焦单元212，再通过紫外激光聚焦单元212后辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经紫外激光聚焦单元212、紫外激光全反镜b210、半反半透镜b209，反射至高倍率CCD相机204，以此对紫外激光加工过程进行观察。
当扫描振镜222工作、紫外激光聚焦单元212不工作时，紫外激光全反镜c211处于工作位，位于紫外激光的加工光路内，经紫外激光全反镜b210反射的紫外激光束经紫外激光全反镜c211反射后进入扫描振镜222，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至扫描振镜222正下方，即待加工样片位于扫描振镜222正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜b209处于工作位，相机光源b208用于发射可见光，依次通过半反半透镜b209，紫外激光全反镜b210透射至紫外激光全反镜c211，再通过紫外激光全反镜c211反射至扫描振镜222，通过扫描振镜222辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜222、紫外激光全反镜c211、紫外激光全反镜b210、半反半透镜b209，反射至高倍率CCD相机204，以此对紫外激光加工过程进行观察。
其中，待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至激光测距仪221正下方，即使待加工样片位于激光测距仪221正下方进行测距，通过调整Z轴位移台218，使Z轴位移台随动光学平台219移动，使激光测距仪221与待加工样片上表面的相对距离满足紫外激光束经紫外激光聚焦单元212或扫描振镜222的焦距要求；随后，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至低倍率CCD相机220正下方，即待加工样片位于低倍率CCD相机220正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
优选的，紫外激光全反镜a118、紫外激光全反镜b210和紫外激光全反镜c211为紫外激光45度全反镜。
绿光激光加工：
超快激光器102发射绿光激光束，经绿光激光全反镜a120反射后入射至绿光激光扩束镜121，通过绿光激光扩束镜121扩束后入射至绿光激光全反镜b215。
当绿光激光聚焦单元217工作、扫描振镜222不工作时，绿光激光全反镜c216处于零位，不在绿光激光的加工光路内，经绿光激光全反镜b215反射的绿光激光束直接进入绿光激光聚焦单元217，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至绿光激光聚焦单元217正下方，即待加工样片位于绿光激光聚焦单元217正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜c214处于工作位，半反半透镜b209处于零位，相机光源c213用于发射可见光，依次通过半反半透镜c214、绿光激光全反镜b215透射至绿光激光聚焦单元217，再通过绿光激光聚焦单元217后辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经绿光激光聚焦单元217、绿光激光全反镜b215、半反半透镜c214，反射至高倍率CCD相机204，以此对绿光激光加工过程进行观察。
当扫描振镜222工作，绿光激光聚焦单元217不工作时，绿光激光全反镜c216处于工作位，位于绿光激光的加工光路内，同时，紫外激光全反镜c211处于“零位”，经绿光激光全反镜b215反射的绿光激光束经绿光激光全反镜c216反射后进入扫描振镜222，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至扫描振镜222正下方，即待加工样片位于扫描振镜222正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜c214处于工作位，半反半透镜b209处于零位，相机光源c213用于发射可见光，依次通过半反半透镜c214，绿光激光全反镜b215透射至绿光激光全反镜c216，再通过绿光激光全反镜c216反射至扫描振镜222，通过扫描振镜222辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜222、绿光激光全反镜c216、绿光激光全反镜b215、半反半透镜c214，反射至高倍率CCD相机204，以此对绿光激光加工过程进行观察。
其中，待加工样片吸附在吸盘304上，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至激光测距仪221正下方，即使待加工样片位于激光测距仪221正下方进行测距，通过调整Z轴位移台218，使Z轴位移台随动光学平台219移动，使激光测距仪221与待加工样片上表面的相对距离满足紫外激光束经绿光激光聚焦单元217或扫描振镜222的焦距要求；随后，移动X轴位移台302与Y轴位移台303，使吸盘304移动至低倍率CCD相机220正下方，即待加工样片位于220低倍率CCD相机正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
优选的，绿光激光全反镜a120、绿光激光全反镜b215和绿光激光全反镜c216为绿光激光45度全反镜。
其中，需要说明的是，在本实施例中：
(1)激光精细加工设备使用O-XYZ坐标系；其中，坐标原点O为任意点；X轴的正方向平行于超快激光器102发射的红外激光束，红外激光束、紫外激光束和绿光激光束三者的出射方向平行；Y轴负方向平行于紫外激光束经紫外激光全反镜a118发射后的出射方向；Z轴根据右手定则确定。
(2)红外激光全反镜f205对红外激光全反射，对可见光透射；紫外激光全反镜b210对紫外激光全反射，对可见光透射；绿光激光全反镜b215对绿光激光全反射，对可见光除绿光外的波段透射；红外激光全反镜g206对红外激光全反射，对可见光高反射；紫外激光全反镜c211对紫外激光全反射，对可见光高反射；绿光激光全反镜c216对绿光激光全反射，对可见光高反射；半反半透镜a203、半反半透镜b209和半反半透镜c214分别对相机光源a202、相机光源b208和相机光源c213发射的可见光半反半透。
(3)红外激光聚焦单元207、紫外激光聚焦单元212、绿光激光聚焦单元217一般采用聚焦物镜，实现小尺寸高精度直切或非线性成丝直切；也可更换为锥透镜，利用锥透镜实现贝塞尔光束隐形成丝切割。
(4)超快激光器可以发射红外激光束、紫外激光束和绿光激光束，但不仅限于上述三种波长，可根据实际情况选择其他波长的激光束；且不同波长的加工光路的位置可以调整。
(5)每个工位的加工可以单独进行，也可依次进行，视器件的加工要求而定，可满足同一工件上不同功能区域或不同材料的一次性加工需求。
综上所述，本发明所述的激光精细加工设备，可以实现石英、硅片、蓝宝石等硬脆材料的高质量加工，解决传统制造设备合格率低、可靠性差、加工质量低的问题。利用三波长超快激光，通过光路切换与光束空间整形调制，将激光束传输至不同的加工工位，加工工位具有紧聚焦、光束成丝、以及任意形状扫描的功能，可高效地实现多种材料的加工。同时，采用多硬件共用方式显著降低设备成本。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种激光精细加工设备，其特征在于，包括：二层光学平台(101)、连接区光学平台(201)、一层加工平台(301)和阶梯型加工台；其中，一层加工平台(301)和二层光学平台(101)分别设置在阶梯型加工台的第一级台阶面和第二级台阶面上，连接区光学平台(201)设置在阶梯型加工台第一级台阶面与第二级台阶面的过渡面上；
二层光学平台(101)，用于发射至少三种不同波长的激光束；
连接区光学平台(201)，用于对二层光学平台(101)输出的激光束进行空间整形处理后输出至一层加工平台(301)，实现对一层加工平台(301)上承载的待加工样片的精细加工；
一层加工平台(301)，用于承载待加工样片，调整待加工样片的加工位置；以及，在待加工样片调整至预定的加工位置后，接收连接区光学平台(201)输出的激光束对待加工样片进行加工，并在加工过程中，按照加工需求调整待加工样片的加工轨迹；
二层光学平台(101)，包括：超快激光器(102)、红外激光扩束镜(103)、光阑(104)、红外激光缩束镜(105)、红外激光全反镜a(106)、红外激光全反镜b(107)、红外激光空间光调制器(108)、红外激光全反镜c(109)、红外激光正透镜a(110)、红外激光全反镜d(111)、红外激光半波片(112)、红外激光偏振片(113)、红外激光分束镜(114)、红外激光波段CCD相机(115)、红外激光全反镜e(116)、红外激光正透镜b(117)、紫外激光全反镜a(118)、紫外激光扩束镜(119)、绿光激光全反镜a(120)和绿光激光扩束镜(121)；
超快激光器(102)可发射红外激光束、紫外激光束和绿光激光束；
红外激光束的光路路径如下：超快激光器(102)发射的红外激光束经红外激光扩束镜(103)扩束后，通过光阑(104)将红外激光束光斑外沿的能量剔除，获得平顶分布激光束，再经红外激光缩束镜(105)进行缩束，通过红外激光全反镜a(106)将红外激光束反射至红外激光全反镜b(107)，经红外激光全反镜b(107)反射的红外激光束入射至红外激光空间光调制器(108)的靶面上，进行红外激光束的空间整形，经空间整形后的红外激光束由红外激光全反镜c(109)反射至红外激光正透镜a(110)，经红外激光正透镜a(110)出射至红外激光全反镜d(111)，经红外激光全反镜d(111)反射后依次经过红外激光半波片(112)、红外激光偏振片(113)入射至红外激光分束镜(114)，红外激光束的一部分能量经红外激光分束镜(114)反射至红外激光波段CCD相机(115)，通过红外激光波段CCD相机(115)对红外激光束光束整形后的光斑空间能量分布进行检测、观察；红外激光束的另一部分能量经红外激光分束镜(114)透射至红外激光全反镜e(116)，再经红外激光全反镜e(116)反射至红外激光正透镜b(117)，通过红外激光正透镜b(117)出射；
紫外激光束的光路路径如下：超快激光器(102)发射的紫外激光束，经紫外激光全反镜a(118)反射后入射至紫外激光扩束镜(119)，通过紫外激光扩束镜(119)扩束后出射；
绿光激光束的光路路径如下：超快激光器(102)发射的绿光激光束，经绿光激光全反镜a(120)反射后入射至绿光激光扩束镜(121)，通过绿光激光扩束镜(121)扩束后出射；
其中：
连接区光学平台(201)，包括：相机光源a(202)、半反半透镜a(203)、高倍率CCD相机(204)、红外激光全反镜f(205)、红外激光全反镜g(206)、红外激光聚焦单元(207)、相机光源b(208)、半反半透镜b(209)、紫外激光全反镜b(210)、紫外激光全反镜c(211)、紫外激光聚焦单元(212)、相机光源c(213)、半反半透镜c(214)、绿光激光全反镜b(215)、绿光激光全反镜c(216)、绿光激光聚焦单元(217)、Z轴位移台(218)、Z轴位移台随动光学平台(219)、低倍率CCD相机(220)、激光测距仪(221)和扫描振镜(222)；其中，红外激光全反镜f(205)位于红外激光正透镜b(117)的出射光路上，相机光源a(202)设置在红外激光全反镜f(205)前方、位于红外激光正透镜b(117)与红外激光全反镜f(205)之间，半反半透镜a(203)设置在相机光源a(202)与红外激光全反镜f(205)之间；绿光激光全反镜b(215)位于绿光激光扩束镜(121)的出射光路上，相机光源c(213)设置在绿光激光全反镜b(215)前方、位于绿光激光扩束镜(121)与绿光激光全反镜b(215)之间，半反半透镜c(214)设置在相机光源c(213)与绿光激光全反镜b(215)之间；紫外激光全反镜b(210)位于紫外激光扩束镜(119)的出射光路上，相机光源b(208)设置在紫外激光全反镜b(210)前方、位于紫外激光扩束镜(119)与紫外激光全反镜b(210)之间，半反半透镜b(209)设置在相机光源b(208)与紫外激光全反镜b(210)之间；Z轴位移台随动光学平台(219)设置在红外激光全反镜f(205)、绿光激光全反镜b(215)和紫外激光全反镜b(210)的后方、与Z轴位移台(218)连接；其中，Z轴位移台随动光学平台(219)上安装有：红外激光全反镜g(206)、红外激光聚焦单元(207)、紫外激光全反镜c(211)、紫外激光聚焦单元(212)、绿光激光全反镜c(216)、绿光激光聚焦单元(217)、低倍率CCD相机(220)、激光测距仪(221)和扫描振镜(222)；红外激光聚焦单元(207)设置在红外激光全反镜f(205)后方、位于红外激光全反镜f(205)的出射光路上，红外激光全反镜g(206)设置在红外激光聚焦单元(207)与红外激光全反镜f(205)之间；绿光激光聚焦单元(217)设置在绿光激光全反镜b(215)后方，位于绿光激光全反镜b(215)的出射光路上，绿光激光全反镜c(216)设置在绿光激光聚焦单元(217)与绿光激光全反镜b(215)之间；紫外激光聚焦单元(212)设置在紫外激光全反镜b(210)后方，位于紫外激光全反镜b(210)的出射光路上，紫外激光全反镜c(211)设置在紫外激光聚焦单元(212)与紫外激光全反镜b(210)之间；低倍率CCD相机(220)、激光测距仪(221)和扫描振镜(222)依次设置、位于紫外激光全反镜c(211)的一侧；其中，扫描振镜(222)与紫外激光全反镜c(211)相邻；半反半透镜a(203)、半反半透镜b(209)、半反半透镜c(214)、红外激光全反镜g(206)，紫外激光全反镜c(211)和绿光激光全反镜c(216)均可沿Y轴方向移动；
激光精细加工设备使用O-XYZ坐标系；其中，坐标原点O为任意点；X轴的正方向平行于超快激光器(102)发射的红外激光束，红外激光束、紫外激光束和绿光激光束三者的出射方向平行；Y轴负方向平行于紫外激光束经紫外激光全反镜a(118)发射后的出射方向；Z轴根据右手定则确定。
2.根据权利要求1所述的激光精细加工设备，其特征在于，一层加工平台(301)，包括：X轴位移台(302)、Y轴位移台(303)和吸盘(304)；
X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)正交设置；
吸盘(304)安装在Y轴位移台(303)上，可在X轴位移台(302)和Y轴位移台(303)控制下沿X方向或Y方向移动。
3.根据权利要求2所述的激光精细加工设备，其特征在于，
当半反半透镜a(203)处于零位时，半反半透镜a(203)不在红外激光加工的观察光路内；当半反半透镜a(203)处于工作位时，半反半透镜a(203)沿Y轴移动，进入红外激光加工的观察光路内；
当半反半透镜b(209)处于零位时，半反半透镜b(209)不在紫外激光加工的观察光路内；当半反半透镜b(209)处于工作位时，半反半透镜b(209)沿Y轴移动，进入紫外激光加工的观察光路内；
当半反半透镜c(214)处于零位时，半反半透镜c(214)不在绿光激光加工的观察光路内；当半反半透镜c(214)处于工作位时，半反半透镜c(214)沿Y轴移动，进入绿光激光加工的观察光路内；
当红外激光全反镜g(206)处于零位时，红外激光全反镜g(206)不在红外激光的加工光路内；当红外激光全反镜g(206)处于工作位时，红外激光全反镜g(206)沿Y轴移动，进入红外激光的加工光路内；
当紫外激光全反镜c(211)处于零位时，紫外激光全反镜c(211)不在紫外激光加工的光路内；当紫外激光全反镜c(211)处于工作位时，紫外激光全反镜c(211)沿Y轴移动，进入紫外激光加工的光路内；
当绿光激光全反镜c(216)处于零位时，绿光激光全反镜c(216)不在绿光激光加工的光路内；当绿光激光全反镜c(216)处于工作位时，绿光激光全反镜c(216)沿Y轴移动，进入绿光激光加工的光路内。
4.根据权利要求3所述的激光精细加工设备，其特征在于，
当红外激光聚焦单元(207)工作、扫描振镜(222)不工作时，红外激光全反镜g(206)处于零位，红外激光全反镜g(206)不在红外激光的加工光路内；经红外激光全反镜f(205)反射的红外激光束直接进入红外激光聚焦单元(207)，随后输出至加工位置；将待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至红外激光聚焦单元(207)正下方，即待加工样片位于红外激光聚焦单元(207)正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜a(203)处于工作位，半反半透镜b(209)与半反半透镜c(214)处于零位，相机光源a(202)用于发射可见光，依次通过半反半透镜a(203)、红外激光全反镜f(205)透射至红外激光聚焦单元(207)，再通过红外激光聚焦单元(207)后辐照至加工位置；加工位置返回的可见光，经红外激光聚焦单元(207)、红外激光全反镜f(205)、半反半透镜a(203)，反射至高倍率CCD相机(204)，以此对红外激光加工过程进行观察；
当扫描振镜(222)工作、红外激光聚焦单元(207)不工作时，红外激光全反镜g(206)处于工作位，红外激光全反镜g(206)位于红外激光的加工光路内；与此同时，紫外激光全反镜c(211)和绿光激光全反镜c(216)处于零位；经红外激光全反镜f(205)反射的红外激光束经红外激光全反镜g(206)反射后进入扫描振镜(222)，随后输出至加工位置；将待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至扫描振镜(222)正下方，即待加工样片位于扫描振镜(222)正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜a(203)处于工作位，半反半透镜b(209)与半反半透镜c(214)处于零位，相机光源a(202)用于发射可见光，依次通过半反半透镜a(203)、红外激光全反镜f(205)透射至红外激光全反镜g(206)，再通过红外激光全反镜g(206)反射至扫描振镜(222)，通过扫描振镜(222)辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜(222)、红外激光全反镜g(206)、红外激光全反镜f(205)、半反半透镜a(203)，反射至高倍率CCD相机(204)，以此对红外激光加工过程进行观察；
其中，待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至激光测距仪(221)正下方，即使待加工样片位于激光测距仪(221)正下方进行测距，通过调整Z轴位移台(218)，使Z轴位移台随动光学平台(219)移动，使激光测距仪(221)与待加工样片上表面的相对距离满足红外激光束经红外激光聚焦单元(207)或扫描振镜(222)的焦距要求；随后，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至低倍率CCD相机(220)正下方，即待加工样片位于低倍率CCD相机(220)正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
5.根据权利要求3所述的激光精细加工设备，其特征在于，
当紫外激光聚焦单元(212)工作、扫描振镜(222)不工作时，紫外激光全反镜c(211)处于零位，紫外激光全反镜c(211)不在紫外激光的加工光路内，经紫外激光全反镜b(210)反射的紫外激光束直接进入紫外激光聚焦单元(212)，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至紫外激光聚焦单元(212)正下方，即待加工样片位于紫外激光聚焦单元(212)正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜b(209)处于工作位，相机光源b(208)用于发射可见光，依次通过半反半透镜b(209)，紫外激光全反镜b(210)透射至紫外激光聚焦单元(212)，再通过紫外激光聚焦单元(212)后辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经紫外激光聚焦单元(212)、紫外激光全反镜b(210)、半反半透镜b(209)，反射至高倍率CCD相机(204)，以此对紫外激光加工过程进行观察；
当扫描振镜(222)工作、紫外激光聚焦单元(212)不工作时，紫外激光全反镜c(211)处于工作位，紫外激光全反镜c(211)位于紫外激光的加工光路内，经紫外激光全反镜b(210)反射的紫外激光束经紫外激光全反镜c(211)反射后进入扫描振镜(222)，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至扫描振镜(222)正下方，即待加工样片位于扫描振镜(222)正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜b(209)处于工作位，相机光源b(208)用于发射可见光，依次通过半反半透镜b(209)，紫外激光全反镜b(210)透射至紫外激光全反镜c(211)，再通过紫外激光全反镜c(211)反射至扫描振镜(222)，通过扫描振镜(222)辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜(222)、紫外激光全反镜c(211)、紫外激光全反镜b(210)、半反半透镜b(209)，反射至高倍率CCD相机(204)，以此对紫外激光加工过程进行观察；
其中，待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至激光测距仪(221)正下方，即使待加工样片位于激光测距仪(221)正下方进行测距，通过调整Z轴位移台(218)，使Z轴位移台随动光学平台(219)移动，使激光测距仪(221)与待加工样片上表面的相对距离满足紫外激光束经紫外激光聚焦单元(212)或扫描振镜(222)的焦距要求；随后，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至低倍率CCD相机(220)正下方，即待加工样片位于低倍率CCD相机(220)正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
6.根据权利要求3所述的激光精细加工设备，其特征在于，
当绿光激光聚焦单元(217)工作、扫描振镜(222)不工作时，绿光激光全反镜c(216)处于零位，绿光激光全反镜c(216)不在绿光激光的加工光路内，经绿光激光全反镜b(215)反射的绿光激光束直接进入绿光激光聚焦单元(217)，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至绿光激光聚焦单元(217)正下方，即待加工样片位于绿光激光聚焦单元(217)正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜c(214)处于工作位，半反半透镜b(209)处于零位，相机光源c(213)用于发射可见光，依次通过半反半透镜c(214)、绿光激光全反镜b(215)透射至绿光激光聚焦单元(217)，再通过绿光激光聚焦单元(217)后辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经绿光激光聚焦单元(217)、绿光激光全反镜b(215)、半反半透镜c(214)，反射至高倍率CCD相机(204)，以此对绿光激光加工过程进行观察；
当扫描振镜(222)工作，绿光激光聚焦单元(217)不工作时，绿光激光全反镜c(216)处于工作位，绿光激光全反镜c(216)位于绿光激光的加工光路内，同时，紫外激光全反镜c(211)处于“零位”，经绿光激光全反镜b(215)反射的绿光激光束经绿光激光全反镜c(216)反射后进入扫描振镜(222)，随后输出至加工位置，将待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至扫描振镜(222)正下方，即待加工样片位于扫描振镜(222)正下方，以设定的加工距离和加工位置对待加工样片进行加工；与此同时，半反半透镜c(214)处于工作位，半反半透镜b(209)处于零位，相机光源c(213)用于发射可见光，依次通过半反半透镜c(214)，绿光激光全反镜b(215)透射至绿光激光全反镜c(216)，再通过绿光激光全反镜c(216)反射至扫描振镜(222)，通过扫描振镜(222)辐照至加工位置，加工位置返回的可见光，经扫描振镜(222)、绿光激光全反镜c(216)、绿光激光全反镜b(215)、半反半透镜c(214)，反射至高倍率CCD相机(204)，以此对绿光激光加工过程进行观察；
其中，待加工样片吸附在吸盘(304)上，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至激光测距仪(221)正下方，即使待加工样片位于激光测距仪(221)正下方进行测距，通过调整Z轴位移台(218)，使Z轴位移台随动光学平台(219)移动，使激光测距仪(221)与待加工样片上表面的相对距离满足绿光激光束经绿光激光聚焦单元(217)或扫描振镜(222)的焦距要求；随后，移动X轴位移台(302)与Y轴位移台(303)，使吸盘(304)移动至低倍率CCD相机(220)正下方，即待加工样片位于低倍率CCD相机(220)相机正下方，进行待加工样片加工位置的定位。
7.根据权利要求2所述的激光精细加工设备，其特征在于，
紫外激光全反镜a(118)、紫外激光全反镜b(210)和紫外激光全反镜c(211)为紫外激光45度全反镜；红外激光全反镜a(106)、红外激光全反镜b(107)、红外激光全反镜e(116)和红外激光全反镜f(205)为红外激光45度全反镜；绿光激光全反镜a(120)、绿光激光全反镜b(215)和绿光激光全反镜c(216)为绿光激光45度全反镜；其中，红外激光全反镜f(205)对红外激光全反射，对可见光透射；紫外激光全反镜b(210)对紫外激光全反射，对可见光透射；绿光激光全反镜b(215)对绿光激光全反射，对可见光除绿光外的波段透射；
红外激光全反镜g(206)对红外激光全反射，对可见光高反射；紫外激光全反镜c(211)对紫外激光全反射，对可见光高反射；绿光激光全反镜c(216)对绿光激光全反射，对可见光高反射；
半反半透镜a(203)、半反半透镜b(209)和半反半透镜c(214)分别对相机光源a(202)、相机光源b(208)和相机光源c(213)发射的可见光半反半透；
红外激光扩束镜(103)的扩束比例大于红外激光缩束镜(105)的缩束比例；
光阑(104)对红外激光束光斑外沿能量剔除不超过红外激光束光斑整体能量的10％；
红外激光正透镜a(110)与红外激光正透镜b(117)构成4f系统；其中，红外激光正透镜a(110)与红外激光正透镜b(117)的光程距离等于红外激光正透镜a(110)与红外激光正透镜b(117)的焦距之和、等于红外激光空间光调制器(108)靶面到红外激光聚焦单元(207)的光程距离的一半；
红外激光半波片(112)用于调控红外激光束的偏振方向，红外激光偏振片(113)用于红外激光束偏振方向选择与能量控制。
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CN101628361A (zh) * 2008-07-17 2010-01-20 东莞市粤铭激光技术有限公司 一种激光作业方法及实施该方法的装置
JP6761590B2 (ja) * 2015-12-24 2020-09-30 株式会社リコー 光加工装置
CN105945422B (zh) * 2016-06-12 2018-01-05 西安中科微精光子制造科技有限公司 一种超快激光微细加工系统
CN107717215B (zh) * 2017-11-28 2023-07-21 温州大学 多功能超快激光微细加工系统及其方法
DE102018220336A1 (de) * 2018-11-27 2020-01-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Strahlformung und Strahlmodulation bei einer Lasermaterialbearbeitung
CN110977188A (zh) * 2019-11-03 2020-04-10 武汉光谷航天三江激光产业技术研究有限公司 一种基于空间光调制器的多焦点晶圆内部切割装置
CN110877161A (zh) * 2019-11-20 2020-03-13 清华大学 一种基于空间整形飞秒激光分层扫描的异形孔加工系统

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