[發明專利]飛秒激光微加工的同步監測裝置

有效

• 申請號: 201310286691.1
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103317228A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 劉世炳;董祥明;宋海英;劉嵩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K26/03
• 分類號: B23K26/03;B23K26/067;B23K26/073
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 昝美琪

技術領域

本發明涉及飛秒激光微細加工技術，更具體地說，涉及一種飛秒激光微加工的同步監測裝置及飛秒激光光路。

背景技術

飛秒激光加工技術可以突破光學微加工方法中由于衍射極限給加工精度帶來的限制，并有能力直接在透明材料內部加工出真正的三維微結構，是一種能夠實現無熱影響區的精密的激光加工技術。飛秒激光加工具有下列優點：（1）對加工區周圍的熱影響小；（2）可加工其它激光難以加工的材料，如透明材料、高熔點材料、熱分解器和熱變形材料等；（3）飛秒激光微加工技術具有加工精度高、熱效應小、損傷閾值低以及能夠實現真正的三維微結構加工等優點。

目前，在飛秒激光微加工技術中，激光與物質相互作用過程中誘導周期性結構需要以小范圍的激光能量參數才能夠形成，同時大多是垂直進行微加工，對于不同角度下誘導的微結構及加工方法還不成熟。而在這個過程中，如果我們用傳統的方法進行實驗時，就會發現每次激光與材料表面作用時，不能直接的觀察到材料表面出現的變化，從而無法判定出這一實驗數據對所做的研究是否有意義，因此還需要將材料通過其它的觀測裝置進行觀察，致使激光打點實驗需要大量的重復實驗，這樣反復的重復觀察將會使實驗變得十分繁瑣。同時每次樣品擺放的位置也無法保證都在同一位置，這就會使得焦點無法準確地作用在加工對象表面上，從而進一步對實驗的結果造成了更大的誤差甚至出現錯誤。另外，傳統的加工裝置在不同角度入射下，不能保證加工的一致性和可重復性，這大大增加了加工的誤差和復雜程度。因此，隨著對器件的精密化和可重復性要求的提高，現有技術已不能滿足新的要求。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種結構簡單、可實現觀測與加工同步、并可在不同角度下準確進行飛秒激光微細加工的裝置。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：飛秒激光微加工的同步監測裝置，包括一臺飛秒激光器，該裝置構成還包括：沿所述飛秒激光器輸出的飛秒激光光路依次設有兩個平行全反射鏡、衰減片、偏振片、分束棱鏡、兩個光闌，快門、聚焦透鏡和加工對象。所述加工對象固定在旋轉平移裝置上并使光闌中心與加工對象的豎直中心線在同一平面上。在旋轉平移裝置上還固定有L型支架，所述L型支架上設置有監測用的CCD。旋轉平移裝置、CCD和L型支架均通過信號線與計算機相連。

所述分束棱鏡將飛秒激光分成兩束能量完全相同的兩束光，一束沿所述飛秒激光器輸出的飛秒激光光路，用于加工，而另一束沿另一條光路進入功率計，作為能量的標本對飛秒激光的能量進行測量。

所述旋轉平移裝置包括精密位移臺，旋轉臺、上一維平移臺和下一維平移臺，所述精密位移臺設在旋轉臺上，所述旋轉臺設在上一維平移臺上，所述上一維平移臺與下一維平移臺呈十字交叉滑動連接，上一維平移臺可進行左右移動、下一維平移臺可進行前后移動，所述加工對象固定在旋轉平移裝置中的精密位移臺上。

所述旋轉平移裝置與計算機相連是指精密位移臺和上、下一維平移臺與計算機相連接，以實現自動控制。

所述L型支架由小型平移臺、L型支桿、固定托架和旋轉軸構成，所述L型支桿是設有兩個拐點的桿狀件，其上端和下端分別與固定托架和小型平移臺固定連接，在中部兩個拐點處分別安裝第一、第二旋轉軸，所述固定托架用于設置監測用的CCD。所述小型平移臺設置在旋轉平移裝置中的上一維平移臺上并與計算機相連，所述L型支架利用其小型平移臺和第一、第二旋轉軸調節CCD與激光焦點同步以及其與加工對象的距離。

所述L型支桿是設有兩個直角拐點的桿狀件，其上端與固定托架固定連接，其下端桿成垂直地固定在小型平移臺上，在中部的兩個直角拐點處分別安裝第一旋轉軸和第二旋轉軸，第一旋轉軸實現其上段支架部分繞垂直于底面小型平移臺15面的軸向旋轉，而第二旋轉軸實現其上段支架部分繞平行于底面小型平移臺15面的軸向旋轉。

所述兩個光闌是等高共線的，使入射光束保持固定。