[發明專利]一種可實時調控能量的微米級高分辨率超快激光加工系統

在審

• 申請號: 201910034962.1
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109648191A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 曹晶;沈星宇;吳銳恒;張勇浩;張廣鴻;溫子健;于志浩;鄭俊榮
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發明公開了一種可實時調控能量的微米級高分辨率超快激光加工系統，包括：光路傳輸系統、實時觀察系統、精準定位系統和激光能量調節系統。本發明所提供的系統，通過可調的指示光源、多角度調節樣品固定臺和實時觀察系統可以達到對焦距的精準快速定位。同時具備獨立于原始激光的激光能量調節系統，僅僅針對所需光路進行調節，通用性強。

技術領域

本發明涉及激光加工裝置技術領域，具體涉及一種可實時調控能量的微米級高分辨率超快激光加工系統。

背景技術

激光加工可通過調節樣品和激光的相對位置來達到“激光直寫”的效果。比如可通過固定入射激光，移動樣品平移臺來完成。對于精細加工，此方法對于平移臺的穩定度和精度要求高。有時需要氣浮等輔助設備從而提高成本，而且操作繁瑣。對于復雜圖形的加工，對平移臺之間的聯動有更高要求。通常其加工時間比較長。樣品在此長時間加工過程中會出現漂移現象，大大降低其加工精準度。另一種方法是基于固定的樣品，移動的光斑。比如通過振鏡的激光加工，可以達到快速的加工，并且精準可控。加工設備體積小，結構緊湊，適合大批量生產并在成本方面有很大優勢。

振鏡加工是通過場鏡對激光光斑進行聚焦。場鏡的選取與激光的波長有很大關系。常用場鏡有應用于二氧化碳激光器的場鏡，其工作波長為10.6微米。YAG/光纖激光打標場鏡，其工作波長為1064納米。此外還有532納米場鏡和355納米場鏡。可選的激光波長有限，如果所用激光器使用的激光波長不在此商業版的激光波長范圍內，其加工效果受到影響甚至無法使用場鏡或者對振鏡鏡片造成損害。就場鏡本身而言，相比于小幅面的場鏡，大幅面的場鏡，雖然加工面積變大但其激光聚焦點會變大，其焦距也變大。當焦距變長時，所聚焦的能量密度就會越小，導致樣品加工圖案變淺，勢必要增加激光的功率。此外，焦距越大焦深就越大，從而影響其加工精準。

振鏡加工樣品時對于焦距的定位很重要，其使用方法如下。將激光器固定在可調升降臺上，通過焦距尺來調節升降把手，通過目測找到激光聚焦點，該方法操作繁瑣，精確度低。另一種方法是外接一對紅光對焦模組，首先將紅光置于調節支架，然后將該調節支架固定到振鏡的兩側。通過兩點交匯處找到激光焦點位置，這種方法對于外接紅光牢固性有很大要求，如果安裝的不牢靠，外力稍微作用就會導致移動，導致不能正常聚焦。由于紅光用的是激光，而且暴露在外界光路，如有操作不慎會危害到周邊人員。同時操作過程比較繁瑣，而且調節精度不高。在樣品的固定方面，現在的通常采用二維或三維簡式工作臺，在兩個或三個正交的方向對樣品和激光的相對位置進行調節。調節維度有限，對于復雜樣品無法進行調節。雖然有自動校對焦距的操作，但成本較高。