[發明專利]用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統及調試方法

有效

• 申請號: 202210450367.8
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114951971B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 李明;譚羽
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/067;B23K26/046;B23K26/70
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 徐秦中

1.一種用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統，其特征在于：包括依次設置的N個分光鏡(1)、反射鏡(2)，分別設置在N個分光鏡(1)反射光支路及反射鏡(2)反射光支路上的光束調制組，以及同軸設置的雙面楔形鏡(6)、三角反射棱鏡(7)、環形反射鏡(8)和聚焦物鏡(9)；N≥1，且為整數；

入射激光經過N個分光鏡(1)和反射鏡(2)后形成N+1束反射光，N+1束反射光經過各自支路上的光束調制組透射后，同時入射至雙面楔形鏡(6)，經雙面楔形鏡(6)透射后，入射至環形反射鏡(8)的內環斜面，經環形反射鏡(8)反射后入射至三角反射棱鏡(7)，再經三角反射棱鏡(7)反射后匯聚至聚焦物鏡(9)，透射后聚焦在待加工基底材料(10)上；

所述光束調制組包括可變光闌(3)、衍射光學元件(4)和可調功率表衰減片(5)；

所述衍射光學元件(4)至聚焦物鏡(9)之間的光學距離等于聚焦物鏡(9)的焦距f。

2.根據權利要求1所述的用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統，其特征在于：

所述聚焦物鏡(9)的焦距f、雙面楔形棱鏡(6)的楔角α與待加工的增透微納結構間距L滿足：

L＝{arcsin[1.45sin(90-α)]-90+α}×f。

3.根據權利要求2所述的用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統，其特征在于：

分光鏡(1)為熔融石英材料，光束透過率為50％，反射率50％；

反射鏡(2)為熔融石英材料，光束反射率優于99％。

4.根據權利要求3所述的用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統，其特征在于：

可變光闌(3)為圓形光闌，可變范圍0.2mm-10mm；

衍射光學元件(4)為DOE，用于將入射的高斯能量分布光束整形為平頂能量分布光束；

可調功率衰減片(5)的功率調節范圍為2％-98％。

5.根據權利要求1-4任一所述的用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統，其特征在于：

雙面楔形鏡(6)為熔融石英材料，透光面鍍有增透膜，透光率優于99％；

三角反射棱鏡(7)為熔融石英材料，底角為45°，反射面反射率優于99％；

環形反射鏡(8)為中空結構，內環斜面為反射面，角度為45°，反射率優于99％，材料為熔融石英；

聚焦物鏡(9)為10x、20x或50x倍鏡。

6.一種如權利要求1-5任一所述用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統的調試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、搭建用于飛秒激光增透微納結構加工頭的光路系統；

步驟2、開啟激光，調整各支路反射光的光束功率值一致；

步驟3、開啟激光，調整各支路反射光的光束在待加工基底材料(10)上形成的光斑直徑一致；

步驟4、調試完成，通過運動機構帶動加工頭對待加工基底材料(10)進行增透微納結構加工。

7.根據權利要求6所述的用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統的調試方法，其特征在于，步驟2具體為：

2.1、利用擋板在各支路的可變光闌(3)處遮擋，僅保留一條支路的光束入射至聚焦物鏡(9)，利用功率計測量聚焦物鏡(9)后的光束功率值，并記錄功率值作為基準；

2.2、利用擋板在可變光闌(3)處遮擋，保留另一支路的光束入射至聚焦物鏡(9)，利用功率計測量聚焦物鏡(9)后的光束功率值，與測量得到基準功率值比較；

若功率值一致，則不調整光路；若功率值不一致，則調整該支路的可調功率衰減片(5)，直至聚焦物鏡(9)后的光束功率值與基準功率值一致；

2.3、重復步驟2.2，直至其余支路的光束功率值均與基準功率值一致。

8.根據權利要求6所述的用于飛秒激光加工增透微納結構的加工頭的光路系統的調試方法，其特征在于，步驟3具體為：

3.1、利用擋板在可變光闌(3)處遮擋，僅保留一條支路的光束入射至聚焦物鏡(9)，利用焦點分析儀測量待加工基底材料(10)上聚焦光斑尺寸，并記錄光斑直徑作為基準；

3.2、利用擋板在可變光闌(3)處遮擋，保留另一支路的光束入射至聚焦物鏡(9)，利用焦點分析儀測量該光束在待加工基底材料(10)上聚焦光斑尺寸，與測量得到光斑直徑基準值比較；

若光斑直徑一致，則不調整光路；若光斑直徑不一致，則調整該支路的可變光闌(3)，直至待加工基底材料(10)上的聚焦光斑直徑與光斑直徑基準值一致；

3.3、重復步驟3.2，直至其余支路的光束在待加工基底材料(10)上聚焦光斑直徑基準值一致。