0551-88510973
1.一种锗材料的超快激光切割装置，其特征在于，包括沿激光光路依次排列的超快激
所述超快激光器输出的激光束的波长取值范围为1.9‑2.3微米，所述超快激光器输出
的激光束为脉冲输出，输出脉冲宽度的取值范围为50飞秒至200皮秒，峰值功率大于50千
所述超快激光器输出的激光束通过所述振镜和场镜，激光束透过所述待切割锗材料的
激光聚焦点在待切割锗材料中产生的自聚焦和自散焦效应相互平衡，形成具有一定长
度的光丝，从而在待切割锗材料内部形成一个纵向裂纹，再控制所述振镜沿预定切割轨迹
2.根据权利要求1所述的一种锗材料的超快激光切割装置，其特征在于，所述激光聚焦
3.根据权利要求1所述的一种锗材料的超快激光切割装置，其特征在于，所述待切割锗
4.根据权利要求1所述的一种锗材料的超快激光切割装置，其特征在于，所述超快激光
所述种子激光器输出的激光束通过所述光纤放大器进行能量放大后输出，输出激光束
5.根据权利要求1所述的一种锗材料的超快激光切割装置，其特征在于，所述锗材料的
所述可见光视觉系统用于对所述工作台承载的待切割锗材料的预定切割轨迹进行精
6.根据权利要求1所述的一种锗材料的超快激光切割装置，其特征在于，所述待切割锗
7.根据权利要求6所述的一种锗材料的超快激光切割装置，其特征在于，所述治具包括
相对安装在所述工作台上的两个支撑板，两个支撑板上螺纹连接有一正反旋丝杆，所述正
反旋丝杆的两侧分别螺纹连接有一夹持板，所述正反旋丝杆的一端固定连接有一转动把
8.根据权利要求1所述的一种锗材料的超快激光切割装置，其特征在于，所述锗材料的
所述反射镜沿激光光路方向位于所述超快激光器的后方，并位于所述振镜的上方，用
9.一种锗材料的超快激光切割方法，其特征在于，采用如权利要求1‑8任一项所述的一
控制所述振镜和场镜，使得所述超快激光器输出的激光束透过所述待切割锗材料的上
激光聚焦点在待切割锗材料中产生的自聚焦和自散焦效应相互平衡，形成具有一定长
度的光丝，从而在待切割锗材料内部形成一个纵向裂纹，再沿预定切割轨迹移动激光聚焦
10.根据权利要求9所述的一种锗材料的超快激光切割方法，其特征在于，对形成切割
晶体锗材料是集成电路、红外光学、太阳能等领域不可或缺的材料。例如，因其具
有较高电子迁移率，常被应用在高频、高功率器件。再如，第三代太阳能电池采用锗衬底砷
化镓三五族材料，具有极高的光电转化效率，已被大量应用在太空飞行器。随着其生产成本
的降低和工艺逐渐成熟，将得到更为广泛的应用。锗材料的切割工艺流程在生产过程中占
据了较大成本比例，传统的机械切割方法包括内圆切割、外圆切割和多线切割等。其加工效
率较低，生产过程污染大，成品率不高。此外，可以采用激光切割，同传统机械切割方式相
比，激光切割精度高、质量好、造成材料的浪费少且切割面光滑。目前，行业内对锗材料的加
所述超快激光器输出的激光束的波长取值范围为1.9‑2.3微米，所述超快激光器
输出的激光束为脉冲输出，输出脉冲宽度的取值范围为50飞秒至200皮秒，峰值功率大于50
定长度的光丝，从而在待切割锗材料内部形成一个纵向裂纹，再控制所述振镜沿预定切割
螺纹连接有一正反旋丝杆，所述正反旋丝杆的两侧分别螺纹连接有一夹持板，所述正反旋
定长度的光丝，从而在待切割锗材料内部形成一个纵向裂纹，再控制所述振镜沿预定切割
本发明由于采用了波长介于1 .9‑2.3微米的超快激光器，其对于锗材料有良好的
透过率，从而可以在锗材料内部产生激光成丝效应，形成纵向连续分布的聚焦点，并不影响
此外，输出脉冲宽度的取值范围为50飞秒至200皮秒，脉冲宽度窄，激光作用时间
图中：10、超快激光器；11、种子激光器；12、光纤放大器；20、振镜；30、场镜；40、工
作台；50、待切割锗材料；60、可见光视觉系统；70、反射镜；81、支撑板；82、螺杆；83、夹持板；
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不
相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施
激光器10、振镜20、场镜30和工作台40；超快激光器10输出的激光束的波长取值范围为1.9‑
2.3微米，超快激光器10输出的激光束为脉冲输出，输出脉冲宽度的取值范围为50飞秒至
200皮秒，峰值功率大于50千瓦；工作台40用于承载固定待切割锗材料50；通过振镜20和场
镜30，激光束透过待切割锗材料50的上表面，在待切割锗材料50的内部形成激光聚焦点，由
于光致折射率变化，其在锗材料内部形成自聚焦，另一方面，由于强激光作用形成的离子体
对光束产生自散焦效应，自散焦同自聚焦效应相平衡，形成激光成丝效应，从而形成一个纵
向裂纹，再控制振镜20沿预定切割轨迹移动激光聚焦点，直至形成切割包络。本发明由于采
用了波长介于1.9‑2.3微米的超快激光器，其对于锗材料有良好的透过率，从而可以在锗材
料内部产生激光成丝效应，形成纵向连续分布的激光聚焦点，并不影响其表面性质，其碎片
污染小，可切割厚度大，切口材料损耗少，加工效率高；此外，输出脉冲宽度的取值范围为50
飞秒至200皮秒，脉冲宽度窄，激光作用时间远小于晶格传热时间，热影响区小，切割质量
在上述结构基础上，为保证加工效果，把待切割锗材料50面对激光束输入的表面
在上述结构基础上，超快激光器10包括种子激光器11和光纤放大器12；种子激光
器11输出的激光束通过光纤放大器12进行能量放大后输出，输出激光束为脉冲输出。
在上述结构基础上，超快激光器10输出1950nm波长的红外激光束，其重复频率
20MHz，脉宽500飞秒，功率5W，单脉冲能量250纳焦，脉冲峰值功率500kW。
在上述结构基础上，待切割锗材料50通过治具安装在工作台上，具体而言，治具包
括相对安装在所述工作台上的两个支撑板81，两个支撑板81上可转动的连接有一正反旋丝
杆82，在正反旋丝杆82的两侧分别螺纹连接有一夹持板83，在正反旋丝杆82的一端固定连
接有一转动把手84，此治具结构可以适用不同尺寸规格的待切割锗材料50，即通过驱动转
动把手84带动正反旋丝杆82转动从而可以调节两个夹持板83的夹持空间，为了不损伤待切
在上述结构基础上，上述锗材料的超快激光切割装置还包括可见光视觉系统60；
可见光视觉系统60用于对工作台40承载的待切割锗材料50的预定切割轨迹进行精准定位，
在这里，可见光视觉系统60选用定位相机等辅助加工系统以用于配合振镜20准确调整激光
在上述结构基础上，上述锗材料的超快激光切割装置还包括反射镜70，反射镜70
沿激光光路方向位于超快激光器10的后方，并位于振镜20的上方，反射镜70与水平方向呈
激光器10、振镜20、场镜30和工作台40，所述超快激光切割方法包括如下步骤：
S10、控制振镜20和场镜30，使得超快激光器10输出的激光束透过待切割锗材料50
S20、激光聚焦点在待切割锗材料50中产生的自聚焦和自散焦效应相互平衡，形成
具有一定长度的光丝，从而在待切割锗材料50内部形成一个纵向裂纹，再控制振镜20沿预
员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形
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