[發明專利]一種高效的硬脆材料的三維微加工方法

有效

• 申請號: 202110300280.8
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113042896B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 孫洪波;盧軼明;劉學青;陳岐岱
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10;B23K26/36;B23K26/402;B23K26/082;B23K26/064
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

1.一種高效的硬脆材料的三維微加工方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一：待加工樣品制備；

首先將待加工樣片放置于丙酮中超聲清洗1h后取出，依次經過乙醇和去離子水沖洗并吹干，樣品制備完成；

步驟二：飛秒激光內部三維改性；

首先，將樣品固定在三維加工平臺上，平臺由三維手動平臺、二維振鏡電控平臺和一維壓電位移平臺組成；隨后，利用樣品表面劃線掃描的方法確認光斑位置，將飛秒激光聚焦在樣品上表面處，然后將預先設計好的加工文件讀入加工程序，加工文件由matlab軟件編寫，采用逐點、逐層掃描的方法進行直寫加工；掃描的方式為自下而上的殼層掃描，以確保已掃描的部分不會影響后續掃描時激光的光場；

步驟二中的殼層掃描是指僅對減材加工中的待去除體積的外部輪廓進行掃描；

步驟三：樣品刻蝕；

具體步驟為：首先，將步驟二加工得到的樣品用丙酮、酒精以及去離子水的順序清潔，用來清理加工之后殘留的碎屑；隨后將樣品放入加熱的腐蝕溶液中，腐蝕完成后將酸溶液自然降溫至室溫后再將樣品取出，用去離子水反復沖洗樣品表面的酸溶液，然后將洗凈后的樣品先經過丙酮溶液再用乙醇溶液最后用去離子水各超聲處理5分鐘，最后用烘干機烘干或用洗耳球吹干；超聲刻蝕后的樣品表面潔凈，實現了表面光滑、三維可設計的微光學元件。

2.如權利要求1所述的一種高效的硬脆材料的三維微加工方法，其特征在于，步驟二中的殼層是指待去除體積的外表面向內深度為200nm-5000nm的輪廓區域。

3.如權利要求1所述的一種高效的硬脆材料的三維微加工方法，其特征在于，步驟一中所述的待加工樣片為透明藍寶石片。

4.如權利要求1所述的一種高效的硬脆材料的三維微加工方法，其特征在于，步驟二中的二維振鏡加工系統包括石英第一凹透鏡L1、石英第二凸透鏡L2、石英第三凹透鏡L3、石英第四凸透鏡L4、石英第四凸透鏡L5、第一全反射鏡M1、第二全反射鏡M2、高速振鏡G、圖像傳感器CCD及物鏡O；激光器出射飛秒激光依次經過再經第一凹透鏡L1和第二凸透鏡L2擴束，將光斑擴大4倍，再經過第一全反射鏡M1；然后，光束經過高速振鏡G，再經第三凸透鏡L3和第四凸透鏡L4組成的4f系統；隨后，光束經第二全反射鏡M2到達物鏡O處；另外，汞燈光源依次經加工樣品、物鏡O、第二全反射鏡M2和凸透鏡L5后到達圖像傳感器C處。

5.如權利要求1所述的一種高效的硬脆材料的三維微加工方法，其特征在于，步驟二中的三維手動平臺X軸和Y軸移動范圍為0-10cm，Z軸移動范圍0-5cm，精度為10μm，三維電控平臺Z軸為壓電平臺，移動范圍為0-100μm，精度為1-10nm，X軸和Y軸由高速振鏡控制激光焦點位置來實現，移動精度10-100nm。

6.如權利要求1所述的一種高效的硬脆材料的三維微加工方法，其特征在于，步驟二中的飛秒激光的重復頻率為0.1khz-200kHz，脈沖寬度為120fs-280fs；采用的物鏡為5-100倍鏡頭，數值孔徑為0.1-0.9；激光燒蝕的單脈沖能量15-2000nJ；激光掃描速度1-100mm/s；加工數據的點間距為50-4000nm，線間距為50-400nm，層間距為50-4000nm。

7.如權利要求1所述的一種高效的硬脆材料的三維微加工方法，其特征在于，步驟三的腐蝕溶液為體積比為3:1-5:1的硫酸溶液和磷酸溶液的混合溶液，加熱溫度為150-230度，腐蝕時間1-15分鐘。