[發明專利]一種基于飛秒激光大幅面微納制造的雙光束干涉系統

有效

• 申請號: 202010919419.2
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112108759B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 王文君;陳玉虎;梅雪松;崔健磊;張祎霖;李國基
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/14;B23K26/70
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于飛秒激光大幅面微納制造的雙光束干涉系統，包括防震平臺(Ⅸ)，其特征在于：防震平臺(Ⅸ)上連接有飛秒激光器以及冷卻發生裝置(Ⅰ)，防震平臺(Ⅸ)上連接的固定架呈現直立式安裝，固定架上設置有激光擴束系統(Ⅱ)、準直校正系統(Ⅲ)、激光光場初始化調制系統(Ⅳ)、激光光束整形系統(Ⅴ)以及飛秒激光雙光束干涉光學系統(Ⅵ)；激光擴束系統(Ⅱ)、準直校正系統(Ⅲ)、激光光場初始化調制系統(Ⅳ)、激光光束整形系統(Ⅴ)以及飛秒激光雙光束干涉光學系統(Ⅵ)均搭載在各自的光學元件底座上，在飛秒激光雙光束干涉光學系統(Ⅵ)正下方設置有可控四位點高精度移動平臺(Ⅶ)，可控四位點高精度移動平臺(Ⅶ)與準直校正系統(Ⅲ)共同通過工控機集成控制系統(Ⅷ)進行控制與調節；

飛秒激光器以及冷卻發生裝置(Ⅰ)發出的激光依次經過激光擴束系統(Ⅱ)、準直校正系統(Ⅲ)、激光光場初始化調制系統(Ⅳ)、激光光束整形系統(Ⅴ)以及飛秒激光雙光束干涉光學系統(Ⅵ)對可控四位點高精度移動平臺(Ⅶ)上通過液壓鎖緊系統(B)固定的基底(A)進行加工；

所述的可控四位點高精度移動平臺(Ⅶ)由高精度三維加工移動平臺(20)和其上連接的可旋轉液壓柔性夾具(21)組成，高精度三維加工移動平臺(20)和可旋轉液壓柔性夾具(21)通過工控機集成控制系統(Ⅷ)的控制調節，一方面實現基于飛秒激光雙光束干涉大幅面微納加工制造的需求，另一方面，兩者的協同配合在一定范圍內實現柔性材料以及曲面的大幅面周期性微納結構制造；

所述的準直校正系統(Ⅲ)是一個焦點隨動檢測裝置，實時監測整個光束的傳播，并通過工控機集成控制系統(Ⅷ)對其作出反饋；

所述的飛秒激光雙光束干涉光學系統(Ⅵ)中集成有衍射光學元件(13)、光學棱鏡(16)以及非球面透鏡(17)，應用于形成雙光束干涉光學系統以用于后期通過液壓鎖緊系統(B)固定的基底(A)的功能性加工需求，即采用第二1/2λ波片(14)、第二Glan-Taylor棱鏡(15)以及第三1/2λ波片(19)、第三Glan-Taylor棱鏡(18)分別對兩激光束進行光強調制與不同樣品放置方式組合的工藝方法實現單一或多功能性表面結構的制備；

由飛秒激光器(1)產生初始激光，激光束依次經過第一1030nm全反射鏡(2)、第二1030nm全反射鏡(3)，將平行于防震平臺(Ⅸ)的激光束改變為垂直于防震平臺(Ⅸ)的激光束；隨之激光束經過激光擴束系統(Ⅱ)中的第三1030nm全反射鏡(4)將激光傳播路徑改變為平行于安裝在防震平臺(Ⅸ)上固定架的方向，激光束依次經過焦距為100mm的凹透鏡(5)和焦距為200mm的凸透鏡(6)完成激光擴束；激光束進入附有焦點隨動檢測裝置的準直校正系統(7)，對擴束后的激光束進行傳播路徑的校正；經過準直校正后的激光束經過第一1/2λ波片(8)和第一Glan-Taylor棱鏡(9)以達到對初始激光光場中光強特征的調控作用；同時在第四1030nm全反射鏡(10)的作用下，使經過初始調制的激光進入由光闌(11)、柱透鏡(12)組成的激光光束整形系統(Ⅴ)，將點狀光斑轉變為矩形光斑；經空間整形的激光束繼續傳播，到達衍射光學元件(13)，在衍射光學元件(13)的相位光學裁剪的作用下，一方面形成具有穩定相位差的兩束激光束，另一方面對原本呈現“高斯型”光束分布的激光進行了光強均勻化處理，從而使得在產生滿足干涉所需的雙光束的同時實現了光場均一化處理；分束后的兩束激光束分別在第二1/2λ波片(14)、第二Glan-Taylor棱鏡(15)以及第三1/2λ波片(19)、第三Glan-Taylor棱鏡(18)組成的光場調制系統的作用下對兩束光的偏振方向和光強進行調控，以達到實現穩定干涉的條件中的具有相同的偏振方向；經過調制的兩激光束通過光學棱鏡(16)的作用轉變為兩束平行光束，平行光束繼續傳播經過非球面透鏡(17)進行會聚，最終形成基于飛秒激光的雙光束干涉加工系統。

2.根據權利要求1所述的一種基于飛秒激光大幅面微納制造的雙光束干涉系統，其特征在于：所述的飛秒激光器以及冷卻發生裝置(Ⅰ)中設置有波長為1030nm、脈沖寬度為240fs的飛秒激光器(1)和具有實時監控作用的冷卻降溫系統。