[發明專利]飛秒激光掃描功率調控裝置和方法、飛秒激光加工系統

有效

• 申請號: 201510363536.4
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104979748B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 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: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;B23K26/00;B23K26/70
• 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

技術領域

本發明的實施例屬于飛秒激光微納加工領域，具體地，涉及一種飛秒激光掃描功率調控裝置和方法、飛秒激光加工系統。

技術背景

飛秒激光由于其超快的時間特性和超高的峰值功率，使其在與物質的相互作用中，能夠快速、準確地將能量限定在特定的區域內，可以實現極高的加工精度。其特點在于：適用材料廣泛，適合難加工材料的加工；非掩模技術，適合非平面加工；精度較高，適用于三維復雜結構的制備。

在某些場合中，為了保證激光加工質量，需要根據激光掃描的速度對激光的功率進行相應的調節，例如對樣品進行光柵式掃描時，掃描的起始段與結束段通常分別有一個加速與減速的過程，如果不對加減速過程中的激光功率進行調控，則可能造成掃描端點處樣品品質的劣化；對樣品進行類似光盤刻錄式的回轉掃描時，若以恒定線速度的方式對主軸附近的樣品進行掃描時，對主軸的轉速要求過高，所以需要通過降低線掃描速度同時降低激光曝光功率的方法來加以解決。由于飛秒激光與材料間的相互作用為非線性作用，對材料的加工需要激光脈沖滿足材料的加工閾值，并且激光與物質的作用效果并非是激光脈沖作用在物質上能量的簡單累積。對于飛秒激光加工功率的調節，通常采用①利用連續變化型中性濾光片衰減激光功率或者②利用連續的模擬電壓信號控制聲光/電光調制器對激光進行強度調制來實現。兩種方法都整體改變了激光各個脈沖的能量，由于飛秒激光脈沖與物質作用的非線性特性，利用上述方法不能依據掃描速度對激光功率進行線性調控來保證一致的加工效果，這給飛秒激光微納加工中激光的功率調節造成了一定的困難。通過改變激光器重復頻率的手段可以根據掃描速度線性地改變激光的功率，但通過改變重復頻率進行功率的調節取值只能選擇是原功率的整數倍分之一，靈活性較差。

發明內容

本發明的實施例提供一種飛秒激光加工過程中激光功率隨掃描速度線性調控的裝置和方法，主要解決利用飛秒激光進行高質量的線條直寫時，激光功率隨掃描速度調節困難的問題，并且改善功率調節的靈活性。

根據本發明的實施例的一個方面，提出了一種飛秒激光掃描功率調控裝置，包括：激光調制器，構造成對來自激光源的激光進行調制；脈沖寬度調制信號生成器，構造成向激光調制器提供具有占空比的脈沖寬度調制信號；和控制器，構造成與脈沖寬度調制信號生成器通信，以向所述脈沖寬度調制信號生成器提供所述占空比，其中所述占空比為當前激光掃描線速度與最大激光掃描線速度的比值。

根據本發明的實施例的另一方面，提出了一種飛秒激光掃描功率調控方法，包括以下步驟：提供激光調制器，激光調制器構造成對來自激光源的激光進行調制；和向激光調制器提供具有占空比的脈沖寬度調制信號，所述占空比為當前激光掃描線速度與最大激光掃描線速度的比值。

根據本發明的實施例的再一方面，提出了一種飛秒激光加工系統，包括：激光源；移動臺，加工件放置在所述移動臺上；和上述的激光掃描功率調控裝置。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個示例性實施例的飛秒激光功率隨掃描速度線性調控裝置的示意圖。

圖2是根據本發明的一個示例性實施例的脈沖調制信號驅動調制器對激光脈沖選擇示意圖。

圖3是根據本發明的一個示例性實施例的三維運動系統示意圖。

圖4是根據本發明的一個示例性實施例的模擬調制及脈沖寬度調制信號分別與激光平均輸出功率的關系曲線。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的底部件。下述參照附圖對本發明實施方式的說明旨在對本發明的總體發明構思進行解釋，而不應當理解為對本發明的一種限制。

圖1是根據本發明的一個示例性實施例的飛秒激光功率隨掃描速度線性調控裝置的示意圖。圖2是根據本發明的一個示例性實施例的脈沖調制信號驅動調制器對激光脈沖選擇示意圖。

飛秒激光源1使用Spectra-Physics公司的Tsunami飛秒振蕩器，激光中心波長780nm，重復頻率80MHz。