[發(fā)明專利]利用超短脈沖激光的透明材料加工

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980108013.8
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101965242A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設計）人: A·Y·新井;趙奎千;許景周;吉野郁世;張海斌;J·博瓦塞科
• 申請（專利權）人: IMRA美國公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司 11275
• 代理人: 王維綺

1.一種用于在透明材料的表面之下產(chǎn)生激光改性結構的圖案的方法，包括

利用緊密聚焦的超短激光脈沖在材料內(nèi)的不同深度處形成多條線；

通過控制所述激光的參數(shù)來控制所述線的粗糙度；和

利用大體垂直于所述線傳播的光照射所述線。

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述超短脈沖的脈沖寬度小于約1ns，并且其中所述透明材料包括透明聚合物。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中緊密聚焦的超短脈沖內(nèi)的總能量小于約20μJ。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述控制包括調(diào)整散射對比度和散射角中的至少一個。

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述透明材料包括聚碳酸酯，并且其中緊密聚焦的超短脈沖具有的脈沖寬度小于約1ps，并且脈沖能量小于約1μJ。

6.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述方法包括在所述超短脈沖和所述材料之間產(chǎn)生相對運動；以及通過控制所述激光的參數(shù)和所述運動使得圖案的截面積沿觀察方向與沿照射方向相比更小來控制所述線的深度對寬度的縱橫比。

7.一種用于在透明材料的表面之下產(chǎn)生激光改性結構的圖案的系統(tǒng)，包括：

激光子系統(tǒng)，它產(chǎn)生脈沖寬度在約10fs-約500ps范圍內(nèi)的脈沖；

定位系統(tǒng)，它相對于所述材料定位所述脈沖；

光學系統(tǒng)，它聚焦所述脈沖并在所述材料內(nèi)形成至少一個結構，所述至少一個結構具有深度、寬度和物理特性，其用于沿檢測方向產(chǎn)生可檢測的輻射來響應沿第一照射方向入射的受控照射。

8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖的脈沖寬度在大約100fs-200ps的范圍內(nèi)，并且其中所述激光源包括基于光纖的啁啾脈沖放大器系統(tǒng)。

9.一種用于改性透明材料的基于激光的系統(tǒng)，包括：

脈沖激光裝置，它產(chǎn)生脈沖激光輸出；

多焦點光束發(fā)生器，它接收所述輸出，所述發(fā)生器被設置成利用所述輸出形成多個聚焦光束，每個聚焦光束具有光束腰，所述光束腰相對于所述材料在深度上間隔，所述多個聚焦光束中的至少一個光束腰位于所述材料內(nèi)并且造成所述材料的改性；

運動系統(tǒng)，它產(chǎn)生在所述材料和所述聚焦光束之間的相對運動；和

控制器，它連接至所述脈沖激光裝置和所述運動系統(tǒng)，并且控制所述系統(tǒng)使得所述多個聚焦光束在所述相對運動期間形成。

10.根據(jù)權利要求9所述的基于激光的系統(tǒng)，其中所述多焦點光束發(fā)生器包括波長轉(zhuǎn)換器，并且所述聚焦光束包括多個波長。

11.根據(jù)權利要求10所述的激光系統(tǒng)，其中第一波長是IR波長而第二波長是長于所述材料的吸收邊緣的可見或近UV波長。

12.根據(jù)權利要求9所述的激光系統(tǒng)，其中所述多焦點光束發(fā)生器包括偏振元件，并且所述聚焦光束包括多個偏振。

13.根據(jù)權利要求12所述的激光系統(tǒng)，其中所述偏振包括圓偏振。

14.根據(jù)權利要求9所述的激光系統(tǒng)，其中所述在深度上間隔的光束腰在沿著所述聚焦光束的傳播方向的共線位置處形成。

15.根據(jù)權利要求9所述的激光系統(tǒng)，其中在輻照時間間隔期間形成所述多個聚焦光束，并且在所述時間間隔期間的所述相對運動產(chǎn)生小于約聚焦光束的光束腰直徑的相對位移，并且其中所述在深度上間隔的光束腰大致沿所述表面的法向方向形成，并且在對應于大致垂直于所述表面的平面的一部分的局部區(qū)域內(nèi)。

16.根據(jù)權利要求9所述的激光系統(tǒng)，其中所述聚焦光束在小于約10ns的輻照時間間隔期間形成，并且所述相對運動包括在大約1mm/sec直到大約10m/sec范圍內(nèi)的速度。

17.根據(jù)權利要求9所述的激光系統(tǒng)，其中至少一個產(chǎn)生的脈沖輸出包括脈沖寬度在大約10fs-100ps范圍內(nèi)的激光脈沖。

18.根據(jù)權利要求9所述的激光系統(tǒng)，其中所述多焦點光束發(fā)生器包括光束分束器和光束組合器被設置成沿著多個光學路徑傳播光束，并且聚焦元件被設置成控制所述光束的焦點并且形成所述在深度上間隔的光束腰。