[發明專利]基于空間光調制器和掃描振鏡的高速激光加工裝置和方法

在審

• 申請號: 201911139368.5
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111014947A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 胡衍雷;吳東;李家文;褚家如
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/082;B23K26/00;B23K26/362;B23K26/352
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

1.一種激光加工裝置，其特征在于，包括光源入射光路系統、空間光調制器、掃描振鏡系統和樣品加工系統，其中，

光源入射光路系統，包括激光器、由λ/2波片和偏振棱鏡組成的光束能量衰減器以及透鏡單元，其中，所述光束能量衰減器用于將所述激光器出射光束的能量和偏振態進行控制；透鏡單元用于對由通過所述光束能量衰減器的光束進行擴束；

空間光調制器，用于通過加載預先設計的相位全息圖從而實現對由所述光源入射光路系統出射光束相位分布的調控；

掃描振鏡系統，由空間光調制器出射的光束進入掃描振鏡系統，跟隨掃描振鏡角度的偏轉實現傾斜角度偏轉；

樣品加工系統，利用所述掃描振鏡系統出射的光束對材料樣品進行聚焦加工。

2.根據權利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于，所述光源入射光路系統還包括反射鏡，用于反射并出射由透鏡單元出射的光束。

3.根據權利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于，所述相位全息圖能夠由GS算法或優化旋轉角算法生成，也能夠由光柵衍射原理計算并定制加工相應的相位調制元件生成。

4.根據權利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于，利用所述光束跟隨掃描振鏡角度的偏轉實現傾斜角度偏轉從而實現聚焦光點的橫向移動，聚焦光點偏移量由透鏡的焦距與傾斜角的正切值的乘積得到。

5.根據權利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于，所述光束跟隨掃描振鏡角度的偏轉實現傾斜角度偏轉帶動多焦點陣列的相對位置發生變化。

6.根據權利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于，所述樣品加工系統包括平場透鏡，用于對通過掃描振鏡系統進行偏轉后的光束進行聚焦，形成的焦點在焦平面二維空間內進行高速平移，實現對材料樣品的加工。

7.根據權利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于，所述樣品加工系統包括4f光學系統、高數值孔徑物鏡、線性納米壓電定位平臺和實時監測模塊；

其中，所述4f光學系統用于對進入所述高數值孔徑物鏡前的光束偏轉位移進行控制；

所述高數值孔徑物鏡用于對樣品材料的聚焦加工；

所述線性納米壓電定位平臺用于對材料樣品進行z軸層間移動和定位；

所述實時監測模塊用于對加工過程進行實時監控。

8.一種利用如權利要求1-7所述的激光加工裝置進行的加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

打開激光器，使入射光束經過光束能量衰減器和透鏡單元，經反射鏡將入射光束出射到空間光調制器上；

使入射到空間光調制器上的光束進行相位分布調控；

使相位調控后的光束進入掃描振鏡系統進行傾斜角度偏轉；

使偏轉后的光束進入樣品加工系統，實現對材料樣品的聚焦加工。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，在使相位調控后的光束進入掃描振鏡系統進行傾斜角度偏轉的步驟中，利用光束跟隨掃描振鏡角度的偏轉實現傾斜角度偏轉從而實現聚焦光點的橫向移動，聚焦光點偏移量由透鏡的焦距與傾斜角的正切值的乘積得到。

10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述加工方法用于實現基于光聚合或光燒蝕原理的激光加工或表面處理。