激光切割玻璃、藍(lán)寶石可以大大改善切割質(zhì)量和效率。傳統(tǒng)的玻璃切割方式是機(jī)械切割方式，例如用金剛石劃線和斷裂，其缺點(diǎn)是劃線質(zhì)量較低和精度較低，一般會(huì)產(chǎn)生微裂紋、碎裂。機(jī)械切割之后，還需要許多額外的耗時(shí)進(jìn)行后處理步驟，例如研磨、掩蔽和蝕刻，以消除機(jī)械加工過(guò)程中引起的損壞，達(dá)到最終實(shí)現(xiàn)部件外部尺寸的所需公差。

通過(guò)將激光深度切割用于玻璃切割工藝，可以避免以上提到的缺點(diǎn)。然而如何實(shí)現(xiàn)深度切割，是一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)的深度有限，一般只有幾十μm，而被切割玻璃的厚度往往從0.1到10mm。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，一般需要引入DOE或其它光學(xué)元件來(lái)拉長(zhǎng)焦點(diǎn)，目前主流的技術(shù)有：多焦點(diǎn)DOE、長(zhǎng)焦深DOE和激光成絲技術(shù)，他們的目的都是增長(zhǎng)有效焦深，使焦深和玻璃厚度匹配，滿足玻璃切割的需求。

上面提到的DOE又可稱為玻璃切割DOE或藍(lán)寶石切割DOE，他們需要和聚焦鏡或物鏡組成一個(gè)小系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的切割深度。

玻璃，藍(lán)寶石切割等激光加工行業(yè)新趨勢(shì)——多焦點(diǎn)DOE技術(shù)

傳統(tǒng)的激光切割方法的缺點(diǎn)有切割深度不夠、容易裂紋、切口粗糙、不夠精細(xì)等問(wèn)題，而多焦點(diǎn)DOE切割可以很好地克服這些問(wèn)題。它通過(guò)衍射光學(xué)原理對(duì)激光能量進(jìn)行精密調(diào)控，以均勻排布的多個(gè)焦點(diǎn)對(duì)材料進(jìn)行深度切割，它的切割精密且鋒利，對(duì)厚度不同的材料能夠切割出完美的切面。

切面或切割截面的平整度達(dá)到μm量級(jí)甚至更高，得到邊緣光滑、無(wú)掛渣、無(wú)毛刺和切割面幾乎無(wú)錐度的效果，把加工質(zhì)量提升一個(gè)等級(jí)，滿足越來(lái)越精益的產(chǎn)品需求。激光加工系統(tǒng)中利用多焦點(diǎn)DOE或長(zhǎng)焦深DOE切割玻璃、藍(lán)寶石和有機(jī)玻璃等材料越來(lái)越受到行業(yè)的青睞。

多焦點(diǎn)DOE，英文名為:Multifocal lens for lasers，衍射光學(xué)元件主要是利用光的波動(dòng)性去設(shè)計(jì)光學(xué)元件，通過(guò)衍射光學(xué)元件表面的微結(jié)構(gòu)去改變光在通過(guò)衍射光學(xué)元件時(shí)光波的傳輸相位從而進(jìn)一步對(duì)入射光進(jìn)行位相調(diào)制,使光分散在不同的衍射級(jí)次上,利用這個(gè)特點(diǎn),通過(guò)對(duì)衍射級(jí)次的設(shè)定,物距的設(shè)定，從而產(chǎn)生我們所需要的多焦點(diǎn)。

衍射光學(xué)元件在對(duì)入射光的位相進(jìn)行調(diào)制的過(guò)程中,成像光學(xué)系統(tǒng)中使用的對(duì)稱式衍射光學(xué)元件的位相可表達(dá)為

φ(y)=A1y2+A2y4+……

公式中,y為衍射光學(xué)元件的徑向坐標(biāo);A1、A2…為各項(xiàng)系數(shù)。

多焦點(diǎn)DOE是就是利用照射到鏡片不同局域的入射激光分別聚焦，在軸向傳播方向上同時(shí)得到多個(gè)焦點(diǎn)

多焦點(diǎn)的位置是折射焦距、衍射焦距和預(yù)定衍射焦距的函數(shù)在“零”順序的焦點(diǎn)是指所使用的透鏡的折射焦距。其他的衍射焦點(diǎn)，級(jí)為+/-1、2、3...，對(duì)稱的出現(xiàn)在折射的“零”級(jí)周圍。焦點(diǎn)點(diǎn)之間的距離用下面的公式來(lái)描述:

焦點(diǎn)之間距離的近似表達(dá)式為:

(1/f“m”Diffractive)=(1/fRefractive)+(1*m/fDiffractive)(m=±1, +2, +.....)

f“m”:衍射級(jí)數(shù)為“m”的焦距

光圈:折射透鏡的焦距(FL)

衍射:衍射透鏡的焦距(FL)

多焦點(diǎn)光束在軸上形成的能量分布圖如下圖:

光束在經(jīng)過(guò)多焦點(diǎn)DOE后會(huì)形成間距近乎相等的焦點(diǎn)一般焦點(diǎn)個(gè)數(shù)為2-15個(gè)不等，間距一般為幾十到幾百μm，各個(gè)焦點(diǎn)的能量也基本一致。

對(duì)于具有偶數(shù)聚焦點(diǎn)的多焦點(diǎn)DOE，通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)和處理實(shí)現(xiàn)零階光斑的去除。對(duì)于二進(jìn)制設(shè)計(jì)(2級(jí)圖案結(jié)構(gòu))，功率效率在75%(雙焦和多焦)到85%(三焦)之間變化。每個(gè)焦點(diǎn)包含輸入光束功率的一小部分。例如，對(duì)于一個(gè)三焦DOE(~85%效率)，第一個(gè)焦斑將有~28%的輸入波束功率在精確衍射FL，“+1”順序。在傳播軸上，一個(gè)焦點(diǎn)將出現(xiàn)在透鏡的標(biāo)稱光圈處。在這里焦點(diǎn)將有大約28%的輸入光束功率。最后一個(gè)焦點(diǎn)出現(xiàn)在“-1”階(衍射階)，具有相同的能量。在每一階中，剩余的能量(~56%)將以光暈的形式分布在焦點(diǎn)周圍。多焦點(diǎn)也可以用作準(zhǔn)延長(zhǎng)焦點(diǎn)元素，有效地在材料加工操作中創(chuàng)建更大的焦點(diǎn)深度。

多焦點(diǎn)鏡片本身是平面型的DOE，外加的聚焦鏡作用是增大焦深(切割深度)，使多焦點(diǎn)DOE在傳播距離上具有更好的靈活性。

多焦點(diǎn)DOE的特點(diǎn):

多焦點(diǎn)DOE的作用是使激光光束(單�；蚨嗄�)入射到多焦點(diǎn)DOE元件和聚焦鏡后，照射在被切割的透明物體時(shí)，能夠在傳播方向直接線上同時(shí)得到多個(gè)焦點(diǎn)。焦點(diǎn)之間的間距近乎相等，焦點(diǎn)數(shù)量2~15，切割深度0.1~10mm。

對(duì)于激光焦點(diǎn)數(shù)量、焦點(diǎn)間距、焦深長(zhǎng)度等是需要進(jìn)行特殊定制的。

多焦點(diǎn)DOE的普適性高，可配合單模激光或多模激光進(jìn)行多焦點(diǎn)的制造。

-而且損傷閾值高，適用于各類光纖激光器、大功率皮秒激光器、飛秒激光器。

波長(zhǎng)也可覆蓋到193nm to 10.6um波段。

高效率，衍射效率最高可達(dá)>95%

多焦點(diǎn)DOE的應(yīng)用:

在玻璃激光切割和激光微加工等應(yīng)用中，多焦DOE可以用作準(zhǔn)伸長(zhǎng)聚焦元件，有效地提高聚焦深度。多焦點(diǎn)DOE主要應(yīng)用于激光深度切割，例如激光玻璃切割、藍(lán)寶石切割、透明薄膜切割等透明材料。

目前玻璃、藍(lán)寶石的傳統(tǒng)激光切割方法的缺點(diǎn)有：切割深度不夠、容易裂紋、切口粗糙、不夠精細(xì)等問(wèn)題，而多焦點(diǎn)DOE切割可以很好地克服這些問(wèn)題。它通過(guò)衍射光學(xué)原理對(duì)激光能量進(jìn)行精密調(diào)控，以均勻排布的多個(gè)焦點(diǎn)對(duì)材料進(jìn)行深度切割，它的切割精密且鋒利，對(duì)厚度不同的材料能夠切割出理想的切面。切面或切割截面的平整度達(dá)到微米量級(jí)甚至更高，得到邊緣光滑、無(wú)掛渣、無(wú)毛刺和切割面幾乎無(wú)錐度的效果，把加工質(zhì)量提升一個(gè)等級(jí)，滿足越來(lái)越精益的產(chǎn)品需求。激光加工系統(tǒng)中利用多焦點(diǎn)DOE或長(zhǎng)焦深DOE切割玻璃、藍(lán)寶石和有機(jī)玻璃等材料越來(lái)越受到行業(yè)的青睞。

對(duì)于多焦DOE通常有兩種配置:

1:由具有預(yù)定焦距的平凸透鏡和蝕刻在其平面上的衍射圖案組成的DOE。

2:在多焦點(diǎn)DOE上添加一個(gè)常規(guī)的聚焦鏡頭，這樣可以更加靈活的改變聚焦的距離，從而適應(yīng)更加多變的工作環(huán)境。

轉(zhuǎn)自：激光老李

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