基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]—些精密光機(jī)電系統(tǒng)中對(duì)加工精度有較高的要求，比如需要加工孔徑尺寸在亞毫米量級(jí)且深度較深的微孔，其深徑比要求大于10?，F(xiàn)有的加工方法多為機(jī)械鉆孔、電火花打孔、電化學(xué)打孔等方法，這些技術(shù)都無法實(shí)現(xiàn)上述要求的微孔加工。自激光問世以來，激光微納加工技術(shù)逐漸發(fā)展為微納加工技術(shù)的主要手段之一。激光直寫加工技術(shù)利用強(qiáng)度可調(diào)節(jié)的激光束，在材料表面進(jìn)行直接曝光從而形成需要的微納結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)材料加工。而飛秒激光技術(shù)出現(xiàn)有，其與傳統(tǒng)長(zhǎng)脈沖激光相比具有加工能量損失小、利用率高等特點(diǎn)。飛秒激光應(yīng)用在加工領(lǐng)域，因其無污染、非接觸、損傷閾值低、加工精度高等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)已覆蓋了電子學(xué)、仿生學(xué)、材料化學(xué)等領(lǐng)域。利用傳統(tǒng)的線偏振高斯激光束經(jīng)透鏡聚焦后對(duì)材料進(jìn)行加工，其加工的微孔等結(jié)構(gòu)的縱深比也很低；隨著飛秒激光微納加工技術(shù)的發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)庸の⒖椎冉Y(jié)構(gòu)的縱深比也逐步在提升。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型提出了一種基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，目的在于能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料的高精度、高效率、高縱深比加工。
[0004]基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置包括飛秒激光器、光闌、衰減片、第一 SOOnm全反射平面鏡、偏振轉(zhuǎn)換器、快門、第二 SOOnm全反射平面鏡、顯微鏡和載物臺(tái)，
[0005]所述飛秒激光器發(fā)出的飛秒激光光束經(jīng)光闌入射至衰減片，衰減片對(duì)該激光光束進(jìn)行光強(qiáng)衰減后經(jīng)第一 SOOnm全反射平面鏡全反射至偏振轉(zhuǎn)換器，偏振轉(zhuǎn)換器將飛秒激光光束轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束，并將該徑向偏振光束經(jīng)快門發(fā)射至第二 SOOnm全反射平面鏡，第二 SOOnm全反射平面鏡將徑向偏振光束全反射至顯微鏡的物鏡，并通過顯微鏡的物鏡聚焦照射到載物臺(tái)上。
[0006]有益效果:本實(shí)用新型提出的一種基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，飛秒激光器發(fā)出飛秒激光光束經(jīng)光闌、衰減片和全反射鏡反射至偏振轉(zhuǎn)換器中，偏振轉(zhuǎn)換器將飛秒激光光束轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束，該徑向偏振光束經(jīng)全反射鏡和顯微鏡的物鏡照射到載物臺(tái)上，通過調(diào)節(jié)顯微鏡物鏡的數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)光束聚焦光場(chǎng)的強(qiáng)度分布，因此可以根據(jù)加工的尺寸精度和深度設(shè)置合適的聚焦場(chǎng)的強(qiáng)度分布，由于徑向偏振光束可以獲得長(zhǎng)焦深超小的聚焦光斑，且聚焦光場(chǎng)具有柱對(duì)稱偏振分布，因此可以通過控制焦距光斑靈活地控制加工的深度和尺寸，從而提高了加工的速度和效率。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置包括飛秒激光器1、光闌2、衰減片3、第一 SOOnm全反射平面鏡4、偏振轉(zhuǎn)換器5、快門6、第二 800nm全反射平面鏡7、顯微鏡8和載物臺(tái)9，
[0009]所述飛秒激光器I發(fā)出的飛秒激光光束經(jīng)光闌2入射至衰減片3，衰減片3對(duì)該激光光束進(jìn)行光強(qiáng)衰減后經(jīng)第一 800nm全反射平面鏡4全反射至偏振轉(zhuǎn)換器5，偏振轉(zhuǎn)換器5將飛秒激光光束轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束，并將該徑向偏振光束經(jīng)快門6發(fā)射至第二 800nm全反射平面鏡7，第二 SOOnm全反射平面鏡7將徑向偏振光束全反射至顯微鏡8的物鏡，并通過顯微鏡8的物鏡聚焦照射到載物臺(tái)9上。
[0010]本實(shí)施方式中，飛秒激光器I發(fā)出飛秒激光光束經(jīng)光闌2、衰減片3和全反射鏡反射至偏振轉(zhuǎn)換器5中，偏振轉(zhuǎn)換器5將飛秒激光光束轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束，該徑向偏振光束經(jīng)全反射鏡和顯微鏡8的物鏡照射到載物臺(tái)9上，將加工對(duì)象固定于載物臺(tái)9上，并使顯微鏡8的物鏡的焦點(diǎn)位于該加工對(duì)象的內(nèi)部，顯微鏡8的物鏡用于將徑向偏振光束進(jìn)行聚焦，在顯微鏡8的物鏡的焦點(diǎn)附近獲取徑向偏振光束的聚焦場(chǎng)，該聚焦場(chǎng)的強(qiáng)度分布由顯微鏡8的物鏡的數(shù)值孔徑確定，通過控制聚焦場(chǎng)的強(qiáng)度分布對(duì)待加工的材料進(jìn)行加工。
[0011]本實(shí)施方式中，飛秒激光器I發(fā)出的飛秒激光光束通過光闌2和衰減片3，將飛秒激光光束的功率衰減至需要的數(shù)值。
[0012]本實(shí)施方式中所述的快門6為可控機(jī)械快門，能夠控制單位時(shí)間所需的脈沖數(shù)，并允許相應(yīng)的脈沖通過。
[0013]【具體實(shí)施方式】二、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置的區(qū)別在于，所述衰減片3為可調(diào)衰減片。
[0014]【具體實(shí)施方式】三、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】二所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置的區(qū)別在于，所述飛秒激光器I為摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光器1，輸出脈沖重復(fù)頻率為76兆赫茲，脈沖寬度為120飛秒，發(fā)射的飛秒激光光束的波長(zhǎng)為800nm，脈寬為120fs，頻率為IHz-1KHz可調(diào)。
[0015]【具體實(shí)施方式】四、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】三所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置的區(qū)別在于，所述載物臺(tái)9為三維微位移平臺(tái)。
[0016]本實(shí)施方式中，高精度三維位移平臺(tái)用于承載待加工樣品，通過控制調(diào)節(jié)使其能夠使樣品移動(dòng)，逐點(diǎn)逐線對(duì)樣品進(jìn)行加工。
[0017]【具體實(shí)施方式】五、結(jié)合圖1說明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】四所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置的區(qū)別在于，它還包括CCD探測(cè)器10，所述CXD探測(cè)器10用于探測(cè)第二 SOOnm全反射平面鏡7與顯微鏡8之間的光束的光學(xué)影像，并將該光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行顯示。
[0018]本實(shí)施方式中增加了 CXD探測(cè)器10，便于監(jiān)測(cè)光路情況，并使飛秒激光光束對(duì)準(zhǔn)待加工樣品區(qū)域。
[0019]【具體實(shí)施方式】六、結(jié)合圖1說明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】五所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置的區(qū)別在于，它還包括上位機(jī)11，所述上位機(jī)11的控制信號(hào)輸出端與載物臺(tái)9的控制信號(hào)輸入端連接，上位機(jī)11的顯示信號(hào)輸入端與CXD探測(cè)器10的顯示信號(hào)輸出端連接。
[0020]【具體實(shí)施方式】七、結(jié)合圖1說明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】六所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置的區(qū)別在于，它還包括照明電路，所述照明電路包括電源14、開關(guān)13和照明燈12，電源14、開關(guān)13和照明燈12依次連接構(gòu)成回路，照明燈12位于載物臺(tái)9的正下方。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，其特征在于，它包括飛秒激光器(I)、光闌(2)、衰減片(3)、第一 800nm全反射平面鏡(4)、偏振轉(zhuǎn)換器(5)、快門(6)、第二 800nm全反射平面鏡(7)、顯微鏡⑶和載物臺(tái)(9)， 所述飛秒激光器(I)發(fā)出的飛秒激光光束經(jīng)光闌(2)入射至衰減片(3)，衰減片(3)對(duì)該激光光束進(jìn)行光強(qiáng)衰減后經(jīng)第一 SOOnm全反射平面鏡(4)全反射至偏振轉(zhuǎn)換器(5)，偏振轉(zhuǎn)換器(5)將飛秒激光光束轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束，并將該徑向偏振光束經(jīng)快門(6)發(fā)射至第二 SOOnm全反射平面鏡(7)，第二 SOOnm全反射平面鏡(7)將徑向偏振光束全反射至顯微鏡⑶的物鏡，并通過顯微鏡⑶的物鏡聚焦照射到載物臺(tái)(9)上，所述衰減片(3)為可調(diào)衰減片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，其特征在于，所述飛秒激光器(I)為摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光器(I)，輸出脈沖重復(fù)頻率為76兆赫茲，脈沖寬度為120飛秒，發(fā)射的飛秒激光光束的波長(zhǎng)為800nm，脈寬為120fs，頻率為IHz-1KHz可調(diào)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，其特征在于，所述載物臺(tái)(9)為三維微位移平臺(tái)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，其特征在于，它還包括CXD探測(cè)器(10)，所述CXD探測(cè)器(10)用于探測(cè)第二 SOOnm全反射平面鏡(7)與顯微鏡(8)之間的光束的光學(xué)影像，并將該光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行顯示。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，其特征在于，它還包括上位機(jī)(11)，所述上位機(jī)(11)的控制信號(hào)輸出端與載物臺(tái)(9)的控制信號(hào)輸入端連接，上位機(jī)(11)的顯示信號(hào)輸入端與C⑶探測(cè)器(10)的顯示信號(hào)輸出端連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，其特征在于，它還包括照明電路，所述照明電路包括電源(14)、開關(guān)(13)和照明燈(12)，電源(14)、開關(guān)(13)和照明燈(12)依次連接構(gòu)成回路，照明燈(12)位于載物臺(tái)(9)的正下方。
【專利摘要】基于徑向偏振光的飛秒激光加工裝置，涉及光電技術(shù)領(lǐng)域。目的在于能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料的高精度、高效率、高縱深比加工?；趶较蚱窆獾娘w秒激光加工裝置包括飛秒激光器、光闌、衰減片、第一800nm全反射平面鏡、偏振轉(zhuǎn)換器、快門、第二800nm全反射平面鏡、顯微鏡和載物臺(tái)，所述飛秒激光器發(fā)出的飛秒激光光束經(jīng)光闌入射至衰減片，衰減片對(duì)該激光光束進(jìn)行光強(qiáng)衰減后經(jīng)第一800nm全反射平面鏡全反射至偏振轉(zhuǎn)換器，偏振轉(zhuǎn)換器將飛秒激光光束轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束，并將該徑向偏振光束經(jīng)快門發(fā)射至第二800nm全反射平面鏡，第二800nm全反射平面鏡將徑向偏振光束全反射至顯微鏡的物鏡，并通過顯微鏡的物鏡聚焦照射到載物臺(tái)上。本實(shí)用新型適用于對(duì)材料實(shí)現(xiàn)高精度加工。
【IPC分類】B23K26/064, B23K26/70, B23K26/382
【公開號(hào)】CN204867828
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520227348
【發(fā)明人】冉玲苓, 王積翔, 高揚(yáng), 吳文智, 孔德貴
【申請(qǐng)人】黑龍江大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日