[發(fā)明專利]一種透明介質(zhì)微結(jié)構(gòu)均勻改性加工的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610457799.6
• 申請(qǐng)日: 2016-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN106041313B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫小燕;褚東凱;胡友旺;段吉安;王聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/362
• 分類號(hào): B23K26/362
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種透明介質(zhì)微結(jié)構(gòu)均勻改性加工的方法。

背景技術(shù)

飛秒激光與傳統(tǒng)的長(zhǎng)脈沖激光比較而言，其脈沖持續(xù)時(shí)間極短，峰值功率極高，熱效應(yīng)小可實(shí)現(xiàn)冷加工，廣泛的應(yīng)用于透明介質(zhì)的加工中。其激光脈沖經(jīng)物鏡聚焦在微小區(qū)域內(nèi)可以獲得極高的功率密度，與透明介質(zhì)作用時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性現(xiàn)象，通過雪崩電離和光致電離過程可以在極短的時(shí)間內(nèi)將能量沉積在材料聚焦的區(qū)域，產(chǎn)生局部等離子體膨脹，導(dǎo)致材料的有效折射率改變，實(shí)現(xiàn)材料的改性或是去除。飛秒激光與材料的作用機(jī)理大致為：激光與材料作用完之后，材料中的電子通過多光子電離隧道電離等方式從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，隨后電子通過吸收光子的能量使其自身加熱，隨后其將能量傳遞給晶格，晶格最后將能量傳遞給周圍介質(zhì)。

傳統(tǒng)的飛秒激光刻蝕方法加工微結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)加工區(qū)域的不均勻，而導(dǎo)致最終難以得到理想的微結(jié)構(gòu)，這對(duì)于激光加工技術(shù)在微制造加工領(lǐng)域的普遍應(yīng)用帶來了諸多不便之處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題時(shí)，如何提供一種加工均勻性較好的透明介質(zhì)微結(jié)構(gòu)加工方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種透明介質(zhì)微結(jié)構(gòu)均勻改性加工的方法，包括：

利用第一激光對(duì)透明介質(zhì)進(jìn)行加工，以使加工后的透明介質(zhì)形成若干個(gè)改性區(qū)域，所述第一激光為包含產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光，且兩者之間具有預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔，將經(jīng)過改性之后的透明介質(zhì)浸入至腐蝕溶液中，以使所述改性區(qū)域被腐蝕，驗(yàn)證其加工均勻性并形成若干個(gè)中空的微結(jié)構(gòu)；

其中，形成每一個(gè)改性區(qū)域的步驟包括：

將第一激光聚焦至透明介質(zhì)的該微結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)的起始位置；所述預(yù)設(shè)的起始位置為位于透明介質(zhì)的內(nèi)部，且與透明介質(zhì)朝向所述第一激光的外表面具有預(yù)設(shè)厚度的位置；

移動(dòng)所述透明介質(zhì)并同時(shí)調(diào)整所述第一激光中兩路光束的光路，使得第一激光對(duì)所述透明介質(zhì)從所述預(yù)設(shè)的起始位置開始進(jìn)行改性，其中，第一激光中先到達(dá)透明介質(zhì)的一路脈沖使改性區(qū)域產(chǎn)生高溫晶格，后到達(dá)透明介質(zhì)的一路脈沖對(duì)已產(chǎn)生的高溫晶格再加工，第一激光對(duì)所述透明介質(zhì)的改性直至該微結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)的終止位置為止，以使位于起始位置以及終止位置之間的材料被改性，形成改性區(qū)域。

優(yōu)選地，所述產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光之間預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔為0-305皮秒。

優(yōu)選地，所述產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光之間預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔為300±5皮秒。

優(yōu)選地，所述產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光均為飛秒；或，

產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光均為皮秒脈沖；或，

產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光中的一路為飛秒脈沖，另一路為皮秒脈沖。

優(yōu)選地，所述產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光的波長(zhǎng)任意，但激光脈寬小于10ps。

優(yōu)選地，所述產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光的能量比為0.5-2。

優(yōu)選地，所述腐蝕溶液為氫氟酸溶液。

優(yōu)選地，所述氫氟酸溶液的濃度為1％-15％。

優(yōu)選地，所述第一激光由同一光束經(jīng)過分光并經(jīng)過脈沖調(diào)整而形成的第一激光，或由兩束光束組合形成的第一激光。

本發(fā)明提供的透明介質(zhì)的微結(jié)構(gòu)均勻改性的加工方法中，第一激光包含產(chǎn)生高溫晶格的激光和對(duì)高溫晶格再加工的激光，且兩者之間具有預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔，在對(duì)透明介質(zhì)進(jìn)行加工時(shí)，先到達(dá)透明介質(zhì)的光束能夠使得透明介質(zhì)在該光束的聚集處產(chǎn)生高溫晶格，后到達(dá)透明介質(zhì)的光束緊接著對(duì)該高溫晶格進(jìn)行加工，使得經(jīng)過上述方法加工之后的透明介質(zhì)均勻性好、腐蝕速率快，從而能夠達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些示例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明提供的透明介質(zhì)微結(jié)構(gòu)均勻改性加工的方法流程圖；

圖2是圖1中加工每一個(gè)微結(jié)構(gòu)的方法流程圖；

圖3是本發(fā)明提供的透明介質(zhì)示意圖。

具體實(shí)施方式