【科技前沿】第18期：基于无衍射光束的水束高容忍度耦合与导引激光加工技术研究进展

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近日，买球网站机电工程学院黄宇星博士，龙芋宏教授负责的广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划：激光先进制造研究团队，在国际期刊《Optics Communications》发表了题为“Research on Laser Beams Focusing and Coupling Technology of Water Jet Guided Laser with High Adjustment Tolerance”的学术论文。该论文的发表表明买球网站在水导激光高精密加工技术领域的研究取得独创性研究进展。

水导激光加工技术利用水束传导激光束及其冷却、冲击效应，加工中具有热影响区小、无需实时调焦、切槽平行、深宽比大等优点，在IC、MEMS、3C产品、LED、光伏和光学元器件等领域的高熔点、高脆硬性、难加工材料的高精度、高效率及低损伤划切中广泛应用，尤其是针对制造芯片的战略性第三代半导体材料SiC的划切设备。采用传统的凸透镜聚焦激光束，存在精密调焦、光束离焦发散角、光学系统像差等问题，耦合失准易烧灼喷嘴，使装备成本提高，不利于设备生产和推广。该项技术一直受到国外的技术封锁。

无衍射光束在无衍射区具有接近平行光束的极小发散角，长度达几十到几百mm，焦深范围大，中心光斑小（可达波长量级），能量分布均匀，准直范围长的特点。基于此，在完成水导激光中稳定高压供液系统、稳定水束光纤生成及水-光束耦合等关键核心技术的基础上，该研究利用凹、凸轴棱锥实现可调制生成无衍射光束，降低水导激光中水-光束耦合难度，实现高容忍度水-光耦合；延伸无衍射光束沿光轴传输向的起始位置，提高了无衍射范围的耦合利用率，解决传统轴棱锥镜因小锥角加工精度高的要求，提高聚焦光机系统的稳定性、可互换性及协调性。

图1高耦合容忍度激光束聚焦耦合分析原理图

图2高耦合容忍度聚焦激光束的无衍射光束特性

图3高耦合容忍度的水导激光加工实验系统

该研究工作是基于广西制造系统与先进制造技术重点实验室，在国家自然科学基金地区科学基金、国家自然科学基金青年基金、广西自然科学基金重点项目、广西自然科学基金青年基金等的资助下完成。