[發明專利]納飛秒雙激光復合加工系統

無效

• 申請號: 201010535443.2
• 申請日: 2010-11-08
• 公開（公告）號: CN102059451A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 姜瀾;蔡海龍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/04;G02B27/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種納飛秒雙激光復合加工系統，屬于超快激光與微納加工技術領域。

背景技術

微小型化是制造、生物、環境、信息、醫療器件等領域的普遍發展趨勢。激光是理想的微/納制造工具之一，具有三維可控制、精度高、靈活、無接觸、無污染、材料適應性強等特點。激光微/納制造是一個前沿的交叉學科領域，涉及機械、光學、物理、化學、材料、信息等，可用于制造微/納尺度的機電系統、光電器件、能源器件、傳感器、執行器、流體系統、光纖通訊系統、生物醫療/診斷儀器、芯片實驗室等。在美歐日等國家和地區已受到廣泛關注，并在應用及基礎理論方面取得了長足的發展。

納秒、飛秒等超快激光相對于毫秒、微秒等長脈沖激光以及連續激光脈沖寬度更窄，其熱效應更小、可控性更好、適應性更強，尤其適合微納尺度加工。在單光束直寫加工過程中，納秒激光加工具有速度快，加工效率高等優點，但受限于衍射極限，加工精度為微米級，更適于微米制造。飛秒激光加工非金屬材料具有多光子吸收和強閾值效應，可得到小于衍射極限的加工精度，但加工效率很低。因此采用不同激光在微納加工的不同尺度下很難同時兼顧加工精度和效率，這制約了激光微/納制造的應用發展。

發明內容

本發明的目的是克服現有微納加工技術不能同時兼顧加工精度和效率的不足，提供一種納飛秒雙激光復合加工系統，可同時提高微納加工精度和效率。

本發明的納飛秒雙激光復合加工系統包括飛秒激光器、納秒激光器、同步控制電路、照明光源、半透半反鏡、第一二向色鏡、第二二向色鏡、聚焦透鏡和CCD圖像探測器。

本發明各部分之間的連接關系為：飛秒激光器和納秒激光器分別通過信號控制線與同步控制電路相連；照明光源位于半透半反鏡的一側，另一側為第二二向色鏡、第一二向色鏡和聚焦透鏡依次同軸放置，并與照明光源位于一條直線上；CCD圖像探測器位于半透半反鏡的反射光路末端，該反射光路軸線與第一二向色鏡、第二二向色鏡、聚焦透鏡的軸線垂直。

同步控制電路的作用為控制飛秒激光器和納秒激光器的激光脈沖輸出，在時間上精確調節納秒與飛秒脈沖的相對時間使二者脈沖的前沿同步。

飛秒激光器采用通用的飛秒激光器，其作用為提供超快加工熱源，提高加工精度，并通過產生種子自由電子瞬時局部改變加工材料的特性。

納秒激光器采用通用的納秒激光器，其作用為提供加工所需的大部分能量。

照明光源采用普通的白光光源，其作用是照亮非金屬樣品表面，為CCD圖像探測器獲得非金屬樣品表面的顯微圖像提供照明光。

半透半反鏡可使照射的照明光分成能量相同的兩部分，一部分被半透半反鏡反射至CCD圖像探測器接收，另一部分透過半透半反鏡照亮非金屬樣品表面，而從非金屬樣品表面反射的照明光又返回被半透半反鏡反射至CCD圖像探測器接收。

第一二向色鏡和第二二向色鏡的作用是使某一波長范圍內的激光不能透射，而其他波長的激光能夠透射。其中第一二向色鏡不能透射、只能反射飛秒激光器出射的該波長的飛秒激光，同時其他波長的光能夠透射，其能量閾值要求大于飛秒激光的能量；第二二向色鏡不能透射、只能反射納秒激光器出射的該波長的納秒激光，同時其他波長的光能夠透射，其能量閾值要求大于納秒激光的能量。

聚焦透鏡可采用單個的透鏡，也可采用商用的聚焦物鏡，其作用是使飛秒激光束、納秒激光束和照明光光束聚焦到非金屬樣品表面，其能量閾值要求大于飛秒激光和納秒激光的能量。

CCD圖像探測器可采用商用的高分辨率CCD產品，其作用是接收從非金屬樣品表面反射的照明光并進行成像，從而獲得非金屬樣品表面被加工處的顯微結構圖。

本發明的納飛秒雙激光復合加工系統的工作過程為：

首先，進行加工前的共軸校準。照明光源出射的照明光依次通過半透半反鏡、第二二向色鏡、第一二向色鏡和聚焦透鏡照射到待加工非金屬樣品表面，反射光按原路返回直至半透半反鏡，被其反射后被CCD圖像探測器接收，根據接收圖像判斷樣品表面是否處于聚焦焦點處。