(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211359589.5 (22)申请日 2022.11.02 (71)申请人 武汉引领光学技 术有限公司 地址 430000 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区九峰街道高新四路40号葛洲坝太 阳城9栋502-A006(自贸区武汉片区) (72)发明人 曾密宗　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 专利代理师 万文广 (51)Int.Cl. B23K 26/38(2014.01) B23K 26/046(2014.01) B23K 26/067(2006.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种激光切割透明脆性材料的裂纹诱导方 法 (57)摘要 本发明涉及超 快激光微纳加工技术领域， 尤 其涉及一种激光切割透明脆性材料的裂纹诱导 方法， 包括以下步骤： S1、 生成多点贝塞尔光束： S11、 生成贝塞尔光束； S12、 对贝塞尔光束进行压 缩整形， 同时在贝塞尔光束的光路上对其进行分 束整形； S2、 将多点贝塞尔光束作用于待切割材 料， 在待切割材料表面产生一串聚焦光斑； S3、 开 展切割作业， 使切割方向沿聚焦光斑中心连线 方 向， 实现对裂纹可控诱导。 采用激光切割透明脆 性材料时， 根据该裂纹诱导方法可 实现对贝塞尔 光束作用区裂纹进行可控诱导， 不但 提高了切割 边质量， 减小了粗糙度， 还提升了切割效率， 具有 很强的工程实用性。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115401342 A 2022.11.29 CN 115401342 A 1.一种激光切割透明脆 性材料的裂纹诱 导方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1、 生成多点贝 塞尔光束； S2、 将多点贝 塞尔光束作用于待切割材 料， 在待切割材 料表面产生 一串聚焦光斑； S3、 开展切割作业， 使切割方向沿聚焦光斑中心连线方向， 实现对裂纹可控诱 导。 2.根据权利要求1所述的一种激光切割透 明脆性材料的裂纹诱导方法， 其特征在于： 生 成多点贝 塞尔光束的步骤如下： S11、 生成贝 塞尔光束； S12、 对贝 塞尔光束 进行压缩整形， 同时在贝 塞尔光束的光路上对其进行分束 整形。 3.根据权利要求2所述的一种激光切割透 明脆性材料的裂纹诱导方法， 其特征在于： 生 成多点贝 塞尔光束的装置包括贝 塞尔光束生成系统、 4f系统以及整形器件； 贝塞尔光束生成系统用于生成贝 塞尔光束； 4f系统设置在贝 塞尔光束生成系统后， 用于对贝 塞尔光束 进行压缩整形； 整形器件设置在4f系统前或中或后， 用于将对贝 塞尔光束 进行分束 整形。 4.根据权利要求3所述的一种激光切割透 明脆性材料的裂纹诱导方法， 其特征在于： 所 述4f系统中两 透镜的焦距分别为f1和f2， 两者的间距为f1+f2， 且f1＞f2。 5.根据权利要求3所述的一种激光切割透 明脆性材料的裂纹诱导方法， 其特征在于： 所 述整形器件为 衍射光学元件或光 栅分束器。 6.根据权利要求3所述的一种激光切割透 明脆性材料的裂纹诱导方法， 其特征在于： 所 述贝塞尔光束生成系统包括激光器、 扩束准 直镜和锥透 镜； 扩束准直镜设置在激光器后， 用于将激光器输出的激光束 进行扩束准 直； 锥透镜设置在扩束准 直镜后， 用于将经 过扩束准 直镜的激光束转变为贝 塞尔光束。 7.根据权利要求6所述的一种激光切割透 明脆性材料的裂纹诱导方法， 其特征在于： 所 述激光器发出的激光束为高斯 光束。 8.根据权利要求6或7所述的一种激光切割透明脆性材料的裂纹诱导方法， 其特征在 于： 所述激光器为超快激光器， 其脉冲宽度小于12ps。 9.根据权利要求1所述的一种激光切割透 明脆性材料的裂纹诱导方法， 其特征在于： 所 述切割作业的装置包括样品台、 位移台和工控机， 样品台用于固定待切割材料， 位移台用于 承载样品台按照预设切割轨 迹移动， 工控机与样品台、 位移台相连， 对二 者进行实时控制。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115401342 A 2一种激光切割透明脆性材料的裂纹诱导方 法 技术领域 [0001]本发明涉及超快激光微纳加工技术领域， 尤其涉及一种激光切割透明脆性材料的 裂纹诱导方法。 背景技术 [0002]透明脆性材料具有热膨胀系数小、 硬度高、 化学性质稳定、 强度高及光电性能优异 等特点， 在光电子信息、 建筑、 航空航 天及国防等领域中具有十 分广泛的应用。 显然， 透明脆 性材料要形成所需成型 的产品， 必须要经过切割等加工处理过程。 随着电子产品的质量标 准提高、 结构尺寸缩小和功能需求增加， 对透明脆性材料切割加工的精度、 质量和效率要求 也越来越高。 因此， 提高透明脆性材料切割效率的同时， 保证切割精度和质量是目前透明脆 性材料切割加工追求的目标。 [0003]然而， 透明脆性材料采用传统机械方法切割分离时， 刀具与材料直接接触， 会产生 较大的应力， 由于脆性材料抵抗冲击载荷的能力差， 发生微小变形就会造成破坏， 因此不可 避免地会在切割表面形成崩边和微裂纹等缺陷， 严重的甚至会直接导致样品的碎裂， 这不 仅会影响切割后材料 的强度和性能， 切割产生的碎屑也容易污染材料， 增加工序的复杂度 和难度。 [0004]激光切割是一种无接触式的加工方式， 相对于机械方法具有损伤小、 切缝窄、 精度 高、 加工灵活等特点， 能够有效避免传统切割方法中存在的问题， 已被广泛应用于多种材料 的精密切割。 然而， 对于透明材料而言， 一般连续或长脉宽激光不能直接与其发生相互作 用， 无法实施切割加工， 超 快激光 （皮秒、 飞秒） 具有 脉冲宽度极短、 峰值功 率极高的特点， 可 直接通过非线性效应与透明材料发生反应， 在透明脆性材料加工方面具有无可比拟的优 势。 但是， 常规的激光切割方法受制于高斯分布及其聚焦特性， 与材料相互作用区域局限于 焦深很浅的焦点位置附近， 单次加工区域及其有限， 效率很低， 而且切割加工主要靠融化或 气化去除， 切割边 粗糙度大。 [0005]贝塞尔光束是一种无衍射光束， 在一定距离内可以随着距离增加而光斑保持不 变， 即可认为其具有较长的焦深， 这对于透明脆性材料的切割加工来说是一种绝佳的工具。 通过调节贝塞尔光束的焦深长度， 使其覆盖材料厚度， 可直接与材料发生反应在其中生成 一条狭长作用区， 作用区由于激光能量的沉积产生热应力， 进而导致微裂纹的产生， 随着贝 塞尔光束的移动扫描， 成排的激光作用区产生的裂纹会形成扩展， 最终实现对材料 的切割 分离。 然而， 对于单点贝塞尔光束形成的作用区来说， 由于热应力释放的方向是朝 向四周 的， 生成微裂纹的方向也是随机 向周围延伸的， 各贝塞尔光束形成作用区间的裂纹扩展就 存在不可控性， 从而导 致切割边存在崩边或粗 糙度较大的情况， 影响切割效果。 发明内容 [0006]本发明的目的在于针对已有的技术现状， 提供一种激光切割透明脆性材料的裂 纹 诱导方法， 可实现对贝塞尔光束作用区裂纹进行可控诱导， 不但提高了切割边质量， 减小了说　明　书 1/4 页 3 CN 115401342 A 3