[發明專利]利用超快激光進行透明材料三維結構的加工裝置和加工方法

在審

• 申請號: 201910092353.1
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN111496397A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 程亞;儲蔚;王鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: B23K26/53
• 分類號: B23K26/53;B23K26/064;B23K26/08;B23K26/32;B23K26/70
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種利用超快激光進行透明材料三維結構的加工裝置，其特征在于，包括飛秒激光器(1)、衰減片(2)、縮束鏡(3)、聲光調制器(4)、擴束鏡(5)、反射鏡(6)、顯微物鏡(7)、電腦(10)以及供待加工的透明材料(8)放置的三維平移臺(9)；

沿所述的飛秒激光器(1)的激光輸出方向依次為所述的衰減片(2)、縮束鏡(3)、聲光調制器(4)、擴束鏡(5)和反射鏡(6)，經該反射鏡(6)反射的反射光通過所述的顯微物鏡(7)入射在待加工的透明材料(8)上；

所述的聲光調制器(4)的控制端與所述的三維平移臺(9)的控制端分別與電腦(10)相連。

2.利用權利要求1所述的加工裝置在透明材料內部進行三維結構的加工方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

1)將待加工的透明材料(8)固定在三維平移臺(9)上，透明材料(8)為尺寸a*b*c的長方體，所述的三維平移臺(9)可沿x、y、z三個方向平移，其中z方向為入射在待加工的透明材料(8)的激光脈沖傳輸方向，x、y方向與z方向垂直，分別為透明材料(8)的長邊方向和寬邊方向，其中從透明材料(8)左表面至右表面為+x方向，從透明材料(8)前表面至后表面為+y方向，如說明書圖1所示；

2)打開飛秒激光器(1)，設置飛秒激光器(1)輸出激光的重復頻率和波長，通過調節飛秒激光器(1)內部光柵對距離將其輸出的激光脈沖寬度展寬至皮秒量級，旋轉衰減片(2)調節激光的能量，打開聲光調制器(4)，移動三維平移臺(9)使激光脈沖聚焦于透明材料(8)內部距上表面4cm處，通過電腦(10)控制三維平移臺(9)沿y方向移動距離L，關閉聲光調制器(4)；

3)將透明材料(8)從三維平移臺(9)上取下，使用光學顯微鏡觀察2)中產生的掃描痕跡的橫截面(即xz平面)，若橫截面為黑色的圓形(如說明書圖2所示)，則進入下一步驟，若不是則返回步驟2)；

4)將透明材料(8)重新固定在三維平移臺(9)上，移動三維平移臺(9)使激光焦點落在透明材料(8)左下角頂點處，執行電腦(10)上的移動程序控制三維平移臺(9)移動，移動過程如下：

①激光焦點沿+y方向移動距離b，然后沿+x方向移動距離dx，再沿-y方向移動距離b，然后沿+x方向移動距離dx，掃描過程中掃描路徑經過目標三維結構所在區域時，程序控制聲光調制器(4)關閉，掃描路徑位于目標三維結構區域之外時，程序控制聲光調制器(4)開啟；

②步驟①循環執行a/(2*dx)次，執行完畢后回到x、y坐標起點；

③三維平移臺(9)向下移動距離dz；

④步驟①②③循環執行c/dz次。

移動結束，程序結束。

5)在步驟4)中激光掃描過的區域內，透明材料(8)發生改性，將透明材料(8)從三維平移臺(9)上取下，浸入氫氧化鉀溶液中，同時進行超聲和水浴加熱處理，透明材料(8)被改性的區域被氫氧化鉀溶液腐蝕溶解，未被改性區域不會被腐蝕，腐蝕結束后將透明材料剩余部分取出，進行清洗和烘干，得到所需三維結構。