[發明專利]時空頻整形飛秒激光的半球諧振陀螺基座電極刻型方法

在審

• 申請號: 202210183878.8
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114289859A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 姜瀾;朱偉華;王素梅;王猛猛;伊鵬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B23K26/04
• 分類號: B23K26/04;B23K26/06;B23K26/0622;B23K26/362;B23K26/70
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.時空頻整形飛秒激光的半球諧振陀螺基座電極刻型方法，其特征在于：飛秒激光經過脈沖時間整形器(8)、空間光整形器(9)、倍頻晶體(10)，即經過時空頻整形后用于半球諧振陀螺基座電極刻型，實現高精度、低應力、低粗糙度的電極加工，以匹配慣性導航器件低電容偏差值、低噪聲的應用需求。

2.如權利要求1所述的時空頻整形飛秒激光的半球諧振陀螺基座電極刻型方法，其特征在于：通過飛秒激光脈沖時間整形器(8)，將原始的單脈沖飛秒激光在時域上整形為子脈沖數、子脈沖能量比及子脈沖間隔精確調節的脈沖序列，實現對材料電子動態的調控，從而對激光-材料相互作用過程中熱物理性質包括電子溫度、晶格溫度的調控，進而調控材料熱膨脹過程，抑制材料基底燒蝕和熱彈性應力，實現電極刻型低基底損傷、低應力加工。

3.如權利要求2所述的時空頻整形飛秒激光的半球諧振陀螺基座電極刻型方法，其特征在于：通過空間光整形器(9)，將原始的高斯脈沖在空間上整形為圓形平頂分布，克服周期性加工造成的邊緣凸起，改善電極刻型邊緣質量，同時勻化基底燒蝕，實現電極低基底粗糙度加工。

4.如權利要求3所述的時空頻整形飛秒激光的半球諧振陀螺基座電極刻型方法，其特征在于：通過頻域整形系統，將原始波長激光倍頻調制，使激光能量主要沉積于電極層，降低電極刻型中基底燒蝕程度；采用時空頻整形飛秒激光，實現半球諧振陀螺基座電極高精度、低應力及低損傷加工，提升電極刻型構件的綜合性能。

5.時空頻整形飛秒激光的半球諧振陀螺基座電極刻型加工系統，用于實現如權利要求1、2、3或4所述的基于時空頻整形飛秒激光的半球諧振陀螺基座電極刻型方法，其特征在于，包括飛秒激光加工子系統、脈沖時間整形器(8)、空間光整形器(9)、頻域整形子系統、成像子系統、計算機控制系統(19)和高精度五軸平移臺(15)；

其中，飛秒激光加工子系統，用于對半球諧振陀螺基座電極(14)進行圖案化加工；飛秒激光加工子系統包括飛秒激光器(1)、第一光闌(2)、電控快門(3)、半波片(4)、格蘭泰勒棱鏡(5)、衰減盤(6)、第二光闌(7)、二向色鏡(11)、物鏡(13)；飛秒激光脈沖依次經過上述部件后，到達半球諧振陀螺基座電極(14)的表面，對半球諧振陀螺基座電極(14)進行圖案化加工；

脈沖時間整形器(8)，用于將原始的單脈沖飛秒激光在時域上整形為子脈沖數、子脈沖能量比及子脈沖間隔精確調節的脈沖序列，脈沖時間整形器(8)位于第二光闌(7)的后面；

空間光整形器(9)，用于將原始的高斯脈沖在空間上整形為圓形平頂分布，空間光整形器(9)位于脈沖時間整形器(8)的后面；

頻域整形子系統，用于調制飛秒激光器(1)產生的飛秒激光脈沖的中心波長，其中包括倍頻晶體(10)和帶通濾光片(12)；其中，倍頻波長激光由倍頻晶體(10)對原始飛秒激光頻域整形得到，帶通濾光片(12)用于去除經過倍頻晶體(10)后混合波長光束中原始激光波長成分；

成像子系統，用于在線觀測半球諧振陀螺基座電極(14)加工表面形貌，包括分束鏡(16)、照明光源(17)和電荷耦合器件(18)，其中，照明光源(17)用于提供成像光源并輻照至半球諧振陀螺基座電極(14)表面，反射光經由分束鏡(16)將圖像信息耦合到電荷耦合器件(18)；

高精度五軸平移臺(15)，其運動精度為200納米，用于承載半球諧振陀螺基座電極(14)，精確地控制飛秒激光在樣品表面加工位置，其與成像子系統配合使用，用于半球諧振陀螺基座電極(14)加工結果的實時觀測；

計算機控制系統(19)，用于協同控制整個系統的飛秒激光脈沖時域整形、飛秒激光脈沖空域整形、飛秒激光脈沖頻域整形、飛秒激光加工過程、飛秒激光加工過程的觀測以及平移臺的移動；

上述組成部件之間的位置及連接關系為：

計算機控制系統(19)與飛秒激光器(1)、電控快門(3)、脈沖時間整形器(8)、空間光整形器(9)、高精度五軸平移臺(15)和電荷耦合器件(18)相連；

飛秒激光加工子系統產生的脈沖飛秒激光，傳播至脈沖時間整形器(8)；

飛秒激光經脈沖時間整形器(8)后，經由空間光整形器(9)、頻域整形子系統，通過物鏡(13)聚焦后向下傳播至半球諧振陀螺基座電極(14)表面；

半球諧振陀螺基座電極(14)在照明光源照射下產生的白光向上反射，進入成像子系統中的電荷耦合器件(18)，實現對加工結果的實時觀測。