[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

一種基于飛秒激光大幅面微納制造的雙光束干涉系統，包括防震平臺上連接的飛秒激光器以及冷卻發生裝置、激光擴束系統、準直校正系統、激光光場初始化調制系統、激光光束整形系統以及飛秒激光雙光束干涉光學系統；在飛秒激光雙光束干涉光學系統正下方設置有可控四位點高精度移動平臺，可控四位點高精度移動平臺與準直校正系統通過工控機集成控制系統控制；飛秒激光器以及冷卻發生裝置發出的激光依次經過激光擴束系統、準直校正系統、激光光場初始化調制系統、激光光束整形系統以及飛秒激光雙光束干涉光學系統對可控四位點高精度移動平臺上的基底進行加工；本發明高效率、高質量地制備大面積周期性微納結構，提高表面結構的均一性以及周期性可控度。

技術領域

本發明涉及飛秒激光微納制造技術領域，尤其涉及一種基于飛秒激光大幅面微納制造的雙光束干涉系統。

背景技術

由于飛秒激光具有高的峰值能量密度、熱效應影響小、高分辨率、可以突破光的衍射極限、對基底選擇性低、非平面三維可移動以及非接觸加工等獨特優勢，已經被廣泛應用于各種微納制造業，如微電子器件、微流控芯片和功能性表面制備等。隨著激光干涉加工技術的發展，基于飛秒激光的干涉加工技術也被逐漸研究，飛秒激光干涉加工可以在微小區域高效快速獲得高質量、高精度的周期性微結構，同時也可以獲得亞微米級甚至亞波長級周期性納米結構。

但是，相對于基于納秒激光以及連續激光的雙光束或多光束干涉加工技術而言，飛秒激光由于脈沖寬度太短的原因，導致飛秒激光的相干長度只有幾個微米到幾十個微米，這相對于納秒激光可獲得幾米的相干長度而言，極大地限制了其大幅面加工的實現，從而限制了基于飛秒激光多光束干涉加工技術的實際應用。此外，由于目前大多采用半反半透鏡等光學元件對飛秒激光進行直接分束來獲得滿足光束干涉條件的多束激光束，一方面采用直接分束的方法需要復雜的光路、光路調整復雜、操作困難；另一方面，由于飛秒激光屬于高斯型光束，采用直接分束的方法獲得干涉的多激光束，光場依舊呈現高斯分布，存在光強不均勻的缺點，使得利用干涉后的光束對基底進行加工時，造成表面形貌的局部不平整、結構周期性混亂等問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于飛秒激光大幅面微納制造的雙光束干涉系統，能夠高效率、高質量地制備大面積周期性微納結構，同時有效提高表面結構的均一性以及周期性可控度。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

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，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。

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。