[發明專利]旋轉臺式飛秒激光直寫方法及裝置

有效

• 申請號: 201510362761.6
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104959730A
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 孫洪波;于顏豪;陳岐岱;姜俊
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K26/082
• 分類號: B23K26/082;B23K26/064
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯雄軍

1.一種旋轉臺式飛秒激光直寫裝置，包括：

飛秒激光源；

激光路徑，設置有激光調制器、二維激光掃描振鏡和顯微物鏡，來自飛秒激光源的激光束被激光調制器調制后經過二維激光掃描振鏡后經由顯微物鏡入射到加工件上；

X-Y軸二維平移臺以及布置在X-Y軸二維平移臺上的旋轉臺，旋轉臺的轉軸與直寫光軸對準，旋轉臺的臺面垂直于直寫光軸，加工件固定于所述旋轉臺的臺面上；和

控制器，所述控制器構造成經由激光路徑控制入射到加工件上的激光束，以及控制X-Y軸二維平移臺以及旋轉臺的操作，

其中：

所述激光路徑包括位于二維激光掃描振鏡下游的4f光學系統，4f光學系統由焦距相同的第一透鏡和第二透鏡構成，第一透鏡距離掃描振鏡出射軸鏡片的光程為第一透鏡的一倍焦距，第一透鏡與第二透鏡間的光程為第一透鏡的二倍焦距，第二透鏡距離顯微物鏡入瞳的光程為第一透鏡的一倍焦距。

2.根據權利要求1所述的旋轉臺式飛秒激光直寫裝置，其中：

所述激光路徑還包括位于第二透鏡與顯微物鏡之間的反射鏡，自第二透鏡射出的激光束經由反射鏡反射而入射到顯微物鏡；

所述旋轉臺式飛秒激光直寫裝置還包括照明光源、可見光分光片、圖像傳感器，其中來自照明光源的可見光經由可見光分光片反射后透射通過反射鏡而通過顯微物鏡入射到加工件上，由加工件反射的可見光通過顯微物鏡、反射鏡、可見光分光片而進入圖像傳感器。

3.根據權利要求2所述的旋轉臺式飛秒激光直寫裝置，其中：

所述控制器還包括顯示器，所述控制器與圖像傳感器通信，以在顯示器上顯示圖像傳感器獲取的圖像。

4.根據權利要求1所述的旋轉臺式飛秒激光直寫裝置，其中：

X-Y軸二維平移臺采用氣浮導軌用于位移引導，利用光柵尺作為位移反饋裝置；旋轉臺采用空氣軸承用于旋轉引導，利用光電編碼器作為角度反饋裝置。

5.根據權利要求1-4中任一項所述的旋轉臺式飛秒激光直寫裝置，其中：

所述激光路徑包括位于二維激光掃描振鏡上游的由第一平凸透鏡與第二平凸透鏡構成的激光光束準直擴束系統，第一平凸透鏡與第二平凸透鏡的透鏡凸面面對激光光束平行傳輸方向，擴束后的激光光束的直徑為顯微物鏡入瞳直徑的1-1.2倍。

6.一種旋轉臺式飛秒激光直寫方法，包括步驟：

提供根據權利要求1-5中任一項所述的旋轉臺式飛秒激光直寫裝置；

將加工件固定在旋轉臺的臺面上；

利用旋轉臺旋轉對加工件進行激光回轉直寫掃描；和

利用二維激光掃描振鏡偏轉聚焦光斑位置對加工件進行單點直寫。

7.根據權利要求6所述的方法，其中：

在掃描半徑不小于第一掃描半徑時，采用恒定激光功率以設定的恒線速度進行回轉直寫掃描，其中在不小于第一掃描半徑的情況下，旋轉臺的最高轉速能夠保證以設定的線速度進行掃描；

在掃描半徑小于第一掃描半徑且不小于第二掃描半徑時，采用恒角速度回轉直寫掃描，控制器依據角速度對應的線掃描速度調控激光功率，其中第二掃描半徑限定了二維激光掃描振鏡的最大掃描范圍；

在掃描半徑小于第二掃描半徑時，利用二維激光掃描振鏡偏轉聚焦光斑位置對加工件進行單點直寫。

8.根據權利要求6或7所述的方法，其中：

利用旋轉臺旋轉對加工件進行激光回轉直寫掃描時，X-Y軸二維平移臺平移，其中X軸方向平行于光軸方向，Y軸方向水平且垂直于X軸方向。

9.根據權利要求6或7所述的方法，其中：

利用旋轉臺旋轉對加工件進行激光回轉直寫掃描時，對于中心對稱的環線結構，采用同心圓的掃描方式；對于中心對稱的環帶結構，采用螺線的掃描方式對環帶內部進行線條填充。

10.根據權利要求6或7所述的方法，其中：

利用旋轉臺旋轉對加工件進行激光回轉直寫掃描時，采用同心斷續弧線掃描方式。