本发明专利技术公开一种GHz脉冲串激光光源系统，包括：承载模块，承载复合材料；激光产生模块，提供激光光束；激光扩束器，产生扩大激光光束；X轴激光振镜扫描模块，反射扩大激光光束；X轴激光振镜控制器，控制X轴激光振镜扫描模块的X轴方向旋转角度；Y轴激光振镜扫描模块，反射扩大激光光束；Y轴激光振镜控制器，控制Y轴激光振镜扫描模块的Y轴方向旋转角度；聚光镜，将自Y轴激光振镜扫描模块的扩大激光光束聚焦为具有期望加工的高径深比的聚焦后激光光束，以将聚焦后激光光束投射至复合材料的一或多个钻孔处；其中激光光束的脉冲宽度位于50～500fs之间。之间。之间。
【技术实现步骤摘要】
用于复合材料钻孔的GHz脉冲串激光光源系统与方法
[0001]本专利技术涉及一种激光光源系统，特别是涉及一种用于复合材料钻孔的GHz脉冲串激光光源系统与方法。
技术介绍
[0002]玻璃一直是工业中不可或缺的材料，其潜在的应用领域包括光学组件、微电子、微流体和显示技术等。近年来，许多产品都微型化至微米和奈米级别，这意味着对玻璃加工的精度要求将比过去更加严格。
[0003]飞秒激光为近年来非常重要的技术突破，飞秒激光是指激光脉冲宽度在飞秒(femtosecond(fs)，10
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15秒)数量级，激光光束通过聚焦可产生极高功率密度，且飞秒激光在进行材料加工时，热影响区域极小，并能够加工透明材料内部。焊接为激光应用中最流行的技术之一，而当以飞秒激光进行钻孔或焊接时，具有非常多的优势，例如无须先行遇热加工、具有较精密的空间分辨率、不易发生显著的热变形现象、只在焦点附近处融化并重新结晶等。此外，相较于传统钻孔或焊接，飞秒激光玻璃钻孔或焊接可有效实现焊接点的完全透明，这对于玻璃钻孔或焊接来说绝对是一个巨大的飞跃。
[0004]因此，如何利用飞秒激光提升玻璃钻孔或焊接的加工效益，以成为业界努力的方向。
技术实现思路
[0005]本专利技术实施例在于提供一种用于钻孔或焊接复合材料的GHz脉冲串激光光源系统与方法，以避免于加工后的复合材料的钻孔处发生分层现象(delamination)，并维持小热影响区域(Heat Affect Zone，HAZ)，故而在加工后的复合材料的钻孔处可避免产生任何碎片与裂缝。
[0006]本专利技术实施例公开一种用于钻孔或焊接复合材料的GHz脉冲串激光光源系统，其包括承载模块、激光产生模块、激光扩束器、X轴激光振镜扫描模块、X轴激光振镜控制器、Y轴激光振镜扫描模块、Y轴激光振镜控制器及聚光镜。承载模块用以承载复合材料。激光产生模块用以提供激光光束。激光扩束器用以扩大激光光束的激光斑以产生扩大激光光束。X轴激光振镜扫描模块用以依据X轴激光振镜扫描模块的多个X轴方向旋转角度来反射扩大激光光束。X轴激光振镜控制器耦接至X轴激光振镜扫描模块，并用以控制X轴激光振镜扫描模块的该些X轴方向旋转角度。Y轴激光振镜扫描模块用以接收自X轴激光振镜扫描模块反射的扩大激光光束，并依据Y轴激光振镜扫描模块的多个Y轴方向旋转角度来反射扩大激光光束。Y轴激光振镜控制器用以控制Y轴激光振镜扫描模块的该些Y轴方向旋转角度。聚光镜用以将自Y轴激光振镜扫描模块反射的扩大激光光束聚焦为具有一预定高径深比(high aspect ratio)的聚焦后激光光束，以将聚焦后激光光束投射至复合材料的一或多个钻孔处。其中聚焦后激光光束的投射路径通过X轴激光振镜扫描模块和Y轴激光振镜扫描模块的调整以使投射至复合材料的一或多个钻孔处的聚焦后激光光束被偏移，或者复合材料通过
承载模块的移动以使复合材料的一或多个钻孔处被偏移。激光光束的脉冲宽度位于50～500fs之间，激光光束的重复频率位于0.5～10GHz之间，激光光束的脉冲能量位于100～1000μJ之间，激光产生模块、激光扩束器、X轴激光振镜扫描模块、Y轴激光振镜扫描模块、聚光镜以及承载模块设置在同一光学路径。
[0007]本专利技术实施例也公开一种用于钻孔或焊接复合材料的方法，其包括S1：通过GHz脉冲串激光光源系统的激光产生模块，提供激光光束；S2：通过GHz脉冲串激光光源系统的激光扩束器、X轴激光振镜扫描模块、Y轴激光振镜扫描模块和聚光镜，依据激光光束产生聚焦后激光光束；S3：将聚焦后激光光束投射至承载模块上的复合材料的一或多个钻孔处；S4：当聚焦后激光光束接触到一或多个钻孔处的表面时，通过聚焦后激光光束熔融(ablation)表面；S5：当聚焦后激光光束熔融完表面时，聚焦后激光光束入射至复合材料的一或多个钻孔处的内壁并使其平滑；S6：依据聚焦后激光光束的多个激光参数，以有效移除一部分的复合材料，借此以于一或多个钻孔处产生一或多个钻孔孔洞。其中激光光束的脉冲宽度位于50～500fs之间，激光光束的重复频率位于0.5～10GHz之间，激光光束的脉冲能量位于100～1000μJ之间，激光产生模块、激光扩束器、X轴激光振镜扫描模块、Y轴激光振镜扫描模块、聚光镜以及承载模块设置在同一光学路径。
[0008]综上所述，本专利技术实施例所公开的GHz脉冲串激光光源系统与方法，其通过采用具有脉冲宽度位于50～500fs之间的GHz脉冲串(burst)激光光束，对复合材料的钻孔处进行钻孔或焊接，以避免于加工后的复合材料的钻孔处发生分层现象，并维持小HAZ。此外，由于加工后的复合材料的HAZ小，因此在加工后的复合材料的钻孔处可避免产生任何碎片与裂缝。
[0009]为使能进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本专利技术加以限制。
附图说明
[0010]图1绘示本专利技术的一实施例的用于钻孔或焊接复合材料的GHz脉冲串激光光源系统结构示意图。
[0011]图2A绘示激光产生模块的结构示意图。
[0012]图2B绘示激光光束的多个脉冲串结构示意图。
[0013]图3绘示聚焦后激光光束的钻孔方式示意图。
[0014]图4绘示用于图1、3的钻孔方式的方法流程图。
[0015]图5绘示利用图3的钻孔方式的加工结果示意图。
[0016]图6绘示利用图3的钻孔方式的复合材料的加工结果示意图。
具体实施方式
[0017]以下是通过特定的具体实施例来说明本专利技术所公开有关“用于复合材料钻孔的GHz脉冲串激光光源系统与方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本专利技术的优点与效果。本专利技术可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本专利技术的构思下进行各种修改与变更。另外，本专利技术的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施
方式将进一步详细说明本专利技术的相关
技术实现思路
，但所公开的内容并非用以限制本专利技术的保护范围。
[0018]应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
[0019]请参阅图1，其绘示本专利技术的一实施例的用于钻孔或焊接复合材料的GHz脉冲串(burst)激光光源系统D1结构示意图，GHz脉冲串激光光源系统D1包括激光产生模块102、激光扩束器104、X轴激光振镜扫描模块106、X轴激光振镜控制器108、Y轴激光振镜扫描模块110、Y轴激光振镜控制器112、聚光镜114及承载模块116，其中激光产生模块102、激光扩束器104、X轴激光振镜扫描模块106、Y轴激光振镜扫描模块110、聚光镜1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于复合材料钻孔的GHz脉冲串激光光源系统，其特征在于，所述GHz脉冲串激光光源系统包括：一承载模块，用以承载该复合材料；一激光产生模块，用以提供一激光光束；一激光扩束器，用以扩大该激光光束的一激光斑以产生一扩大激光光束；一X轴激光振镜扫描模块，用以依据该X轴激光振镜扫描模块的多个X轴方向旋转角度来反射该扩大激光光束；一X轴激光振镜控制器，耦接至该X轴激光振镜扫描模块，并用以控制该X轴激光振镜扫描模块的该些X轴方向旋转角度；一Y轴激光振镜扫描模块，用以接收自该X轴激光振镜扫描模块反射的该扩大激光光束，并依据该Y轴激光振镜扫描模块的多个Y轴方向旋转角度来反射该扩大激光光束；一Y轴激光振镜控制器，用以控制该Y轴激光振镜扫描模块的该些Y轴方向旋转角度；以及一聚光镜，用以将自该Y轴激光振镜扫描模块反射的该扩大激光光束聚焦为具有一预定高径深比的一聚焦后激光光束，以将该聚焦后激光光束投射至该复合材料的一或多个钻孔处；其中，该聚焦后激光光束的投射路径通过该X轴激光振镜扫描模块和该Y轴激光振镜扫描模块的调整，以使投射至该复合材料的该一或多个钻孔处的该聚焦后激光光束被偏移，或者该复合材料通过该承载模块的移动，以使该复合材料的该一或多个钻孔处被偏移；其中，该激光光束的脉冲宽度位于50～500fs之间，该激光光束的重复频率位于0.5～10GHz之间，该激光光束的该脉冲能量位于100～1000μJ之间，该激光产生模块、该激光扩束器、该X轴激光振镜扫描模块、该Y轴激光振镜扫描模块、该聚光镜以及该承载模块设置在同一光学路径。2.根据权利要求1所述的GHz脉冲串激光光源系统，其特征在于，该激光产生模块包括：一脉冲激光产生模块，用以产生具有多个脉冲信号的一激光光源；一声光调制器，邻近于该脉冲激光产生模块，并用以提高该激光光源的该重复频率，以依据提高后的该激光光源产生具有多个脉冲串的一脉冲串激光；以及一激光放大器，邻近于该声光调制器，并用以提高该脉冲串激光的该脉冲能量以产生该激光光束，其中该些脉冲串包括该些脉冲信号，该些脉冲信号的频率位于1～2000KHz之间。3.根据权利要求1所述的GHz脉冲串激光光源系统，其特征在于，该聚焦后激光光束以一偏移速度投射至该复合材料的该一或多个钻孔处，该承载模块以该偏移速度进行偏移，该一或多个钻孔处包括一或多个钻孔孔洞，该一或多个钻孔孔洞为一圆柱形孔洞，该一或多个钻孔孔洞具有固定的一孔洞直径，该一或多个钻孔孔洞的内壁为一光滑墙面，该一或多个钻孔孔洞的深度依据一脉冲串数量和一能量密度来决定，该孔洞直径位于20～40μm之间，该一或多个钻孔孔洞的该深度位于70～295μm之间，该一或多个钻孔孔洞的内壁平滑度位于100～5000nm之间。4.根据权利要求3所述的GHz脉冲串激光光源系统，其特征在于，该聚焦后激光光束的该偏移速度依据该重复频率来决定，该激光光束的一平均功率依据该脉冲能量和该重复...
【专利技术属性】
技术研发人员：林士圣，游智伟，
申请(专利权)人：聚嵘科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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