[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的雙光子聚合激光直寫(xiě)加工系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110045996.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112859538B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊偉;焦玢璋;高輝;劉耘呈;范旭浩;鄧?yán)诿?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G03F7/20
• 分類(lèi)號(hào): G03F7/20;G02B27/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 鄧彥彥;廖盈春

1.一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的雙光子聚合激光直寫(xiě)加工系統(tǒng)，其特征在于，包括：超快激光器、擴(kuò)束器、掃場(chǎng)中心角色散補(bǔ)償器件、二維聲光偏轉(zhuǎn)器、掃場(chǎng)邊緣角色散補(bǔ)償器件、像散補(bǔ)償器件以及聚焦物鏡；

所述超快激光器用于發(fā)射超快激光；

所述擴(kuò)束器用于對(duì)超快激光進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束；準(zhǔn)直擴(kuò)束后的激光依次經(jīng)過(guò)所述掃場(chǎng)中心角色散補(bǔ)償器件和所述二維聲光偏轉(zhuǎn)器；

所述掃場(chǎng)中心角色散補(bǔ)償器件用于根據(jù)所述二維聲光偏轉(zhuǎn)器的參數(shù)對(duì)二維聲光偏轉(zhuǎn)器掃場(chǎng)中心的角色散進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償；

所述二維聲光偏轉(zhuǎn)器用于對(duì)掃場(chǎng)中心角色散預(yù)補(bǔ)償后的激光進(jìn)行預(yù)設(shè)角度的偏轉(zhuǎn)，使偏轉(zhuǎn)后的激光滿足激光直寫(xiě)的需求；所述二維聲光偏轉(zhuǎn)器由兩個(gè)正交放置的一維聲光偏轉(zhuǎn)器組成；

經(jīng)過(guò)所述二維聲光偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)后的激光依次經(jīng)過(guò)所述掃場(chǎng)邊緣角色散補(bǔ)償器件和所述像散補(bǔ)償器件，所述掃場(chǎng)邊緣角色散補(bǔ)償器件用于對(duì)二維聲光偏轉(zhuǎn)器掃場(chǎng)邊緣的角色散進(jìn)行補(bǔ)償；所述像散補(bǔ)償器件用于對(duì)二維聲光偏轉(zhuǎn)器對(duì)激光進(jìn)行偏轉(zhuǎn)過(guò)程中引入的像散進(jìn)行補(bǔ)償；

所述聚焦物鏡用于對(duì)所述像散補(bǔ)償器件補(bǔ)償后的激光進(jìn)行緊聚焦后出射到光敏材料，以對(duì)光敏材料進(jìn)行雙光子聚合激光直寫(xiě)，并通過(guò)所述二維聲光偏轉(zhuǎn)器對(duì)所述預(yù)設(shè)角度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏材料不同位置的雙光子聚合激光直寫(xiě)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光子聚合激光直寫(xiě)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述掃場(chǎng)中心角色散補(bǔ)償器件包括：依次放置的角色散器件和中繼鏡；

所述二維聲光偏轉(zhuǎn)器掃場(chǎng)中心處的角色散值為其中，f₀為二維聲光偏轉(zhuǎn)器的中心驅(qū)動(dòng)頻率，v為二維聲光偏轉(zhuǎn)器的聲速；

所述超快激光以預(yù)設(shè)入射角入射到角色散器件，使從角色散器件出射的激光功率達(dá)到最大，能量利用率最高；當(dāng)從角色散器件出射的激光功率達(dá)到最大時(shí)，所述角色散器件在超快激光中心波長(zhǎng)λ₀處的角色散值為α；所述中繼鏡的光焦度為零，在超快激光中心波長(zhǎng)λ₀處的角放大率為β；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光子聚合激光直寫(xiě)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述掃場(chǎng)邊緣角色散補(bǔ)償器件包括：前鏡組和后鏡組；

所述前鏡組包括依次放置的雙凸透鏡和彎月透鏡，所述后鏡組包括依次放置的雙凹透鏡與雙凸透鏡；

所述掃場(chǎng)邊緣角色散補(bǔ)償器件產(chǎn)生的角色散與掃場(chǎng)邊緣處的角色散等大反向；所述掃場(chǎng)邊緣處的角色散值為其中，θ為光束偏轉(zhuǎn)角，f₁、f₂分別為兩個(gè)一維聲光偏轉(zhuǎn)器在光束偏轉(zhuǎn)角θ下的驅(qū)動(dòng)頻率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光子聚合激光直寫(xiě)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述像散補(bǔ)償器件在光束聚焦方向上的焦距f_c與二維聲光偏轉(zhuǎn)器對(duì)激光進(jìn)行偏轉(zhuǎn)過(guò)程中像散引起的光束聚焦的焦距等大反向，為其中，T_scan為二維聲光偏轉(zhuǎn)器掃描一行所需的時(shí)間，Δf為二維聲光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動(dòng)頻率的帶寬。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙光子聚合激光直寫(xiě)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述角色散器件為折射棱鏡，所述折射棱鏡的頂角θ_c＝π-2*arctan(n)，其中，n為折射棱鏡在超快激光中心波長(zhǎng)λ₀處的折射率，所述超快激光的偏振方向與超快激光在折射棱鏡中發(fā)生折射的折射面平行，所述預(yù)設(shè)入射角θ_in＝arctan(n)，出射角θ_out＝θ_in。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙光子聚合激光直寫(xiě)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述角色散器件為衍射光柵，所述預(yù)設(shè)入射角θ_in＝γ，其中，γ為衍射光柵的刻槽面與光柵面的夾角。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙光子聚合激光直寫(xiě)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個(gè)正交放置的一維聲光偏轉(zhuǎn)器包括：第一一維聲光偏轉(zhuǎn)器和第二一維聲光偏轉(zhuǎn)器；

所述第一一維聲光偏轉(zhuǎn)器用于對(duì)激光高速掃描，所述激光在高速掃描的方向上聚焦，引入像散；

所述第二一維聲光偏轉(zhuǎn)器在第一一維聲光偏轉(zhuǎn)器完成一行的高速掃描后，在其高速掃描的正交方向上改變下一行的掃描位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光進(jìn)行預(yù)設(shè)角度的偏轉(zhuǎn)。