基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法技术

本发明专利技术提供一种基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，包括将待加工样品固定放置于容器中，容器固定在六维平移台上；配制乙醇水溶液，然后将其加入到容器中直至没过待加工样品上表面；飞秒激光系统产生飞秒激光后，利用能量调节装置调整激光能量，并使出射飞秒激光的偏振方向为水平；调节后的光束经过反射镜垂直入射到水浸物镜，通过水浸物镜聚焦，并使焦点位于待加工样品的下表面以下；控制六维平移台移动，使透过水浸物镜的焦斑光束与待加工样品做相对运动，使飞秒激光进行特定轨迹的扫描烧蚀，从而实现在待加工样品上加工复杂三维微孔；解决了现有传统液体辅助飞秒激光加工微孔时存在的问题，实现更高深径比的复杂微孔加工。

【技术实现步骤摘要】
基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法
本专利技术涉及飞秒激光应用
，尤其涉及一种基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法。
技术介绍
微孔在微流体、生物医学、密封性测试等领域具有广泛的应用。因实际应用中的需要，微孔的深径比、质量、精度等特征在这些研究中有着至关重要的地位。例如在密封性测试中，需要在药瓶上加工高深径比的微孔，孔直径在3微米左右，深度大于500微米。因此，如何加工高深径比、高质量的复杂三维微孔是一项极具挑战的研究内容。传统的机械加工难以满足其基本需求，而电化学加工、离子束电子束加工耗时长、价格高。飞秒激光作为一种新兴的加工技术，因其超短的脉冲、超高峰值功率密度及其三维加工能力，成为了加工高深径比微孔的有效工具。飞秒激光在空气中烧蚀材料过程中，等离子体、碎屑排出困难，加工深度上容易出现饱和效应。从而采用液体辅助飞秒激光加工，因为加工过程中产生的碎屑、等离子体，能够随着液体及时排出，因此加工深度得到增长。除此之外，通过液体辅助飞秒激光加工的微孔，能够有限避免直接烧蚀成孔中存在的明显的锥度问题。因此，液体辅助飞秒激光加工受到了广泛的研究。然而，液体辅助飞秒激光加工仍存在一些亟待解决的问题。首先，针对一些复杂的三维微孔或者高深径比的微孔，碎屑仍然面临难以排出的难题。除此之外，液体的存在，导致在激光作用过程中产生的气泡，会对入射激光产生光场重整及能量反射效应，一方面阻碍了后续的加工，另一方面导致加工质量下降。因此，如何解决液体辅助飞秒激光加工的这些问题是一个重大的挑战。
技术实现思路
本专利技术提供的基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，主要解决的技术问题是：碎屑排出仍存在困难。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，包括：待加工样品固定放置于容器中，容器固定在六维平移台上；配制乙醇水溶液，然后将其加入到所述容器中直至没过所述待加工样品上表面；飞秒激光系统产生飞秒激光后，利用能量调节装置调整激光能量，并使出射飞秒激光的偏振方向为水平；调节后的光束经过反射镜垂直入射到水浸物镜，通过水浸物镜聚焦，并使焦点位于所述待加工样品的下表面以下；控制六维平移台移动，使透过所述水浸物镜的焦斑光束与所述待加工样品做相对运动，使飞秒激光进行特定轨迹的扫描烧蚀，从而实现在所述待加工样品上加工复杂三维微孔。进一步的，所述飞秒激光的脉冲频率为1000Hz，单个脉冲能量为0.5～20μJ，聚焦前束腰直径为4～7mm，扫描速度为0.4μm/s～1μm/s。进一步的，所述飞秒激光系统、所述能量控制装置和机械快门依次平行、同轴放置，所述飞秒激光系统产生的飞秒激光经过所述能量控制装置和所述机械快门后，再经过所述反射镜垂直入射到所述水浸物镜上。进一步的，所述容器位于所述六维平移台的中心。进一步的，所述乙醇水溶液浓度为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％中的至少一种。进一步的，在所述将待加工样品固定放置于容器之前，还包括：将所述待加工样品用乙醇水溶液超声清洗后晾干。进一步的，所述待加工样品为硼硅玻璃。进一步的，所述飞秒激光器为钛蓝宝石激光器，中心波长800nm，脉冲宽度35fs，重复频率最高1000Hz，最大单脉冲能量为7mJ，光场分布为高斯分布。本专利技术的有益效果是：根据本专利技术提供的基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，包括将待加工样品固定放置于容器中，容器固定在六维平移台上；配制乙醇水溶液，然后将其加入到容器中直至没过待加工样品上表面；飞秒激光系统产生飞秒激光后，利用能量调节装置调整激光能量，并使出射飞秒激光的偏振方向为水平；调节后的光束经过反射镜垂直入射到水浸物镜，通过水浸物镜聚焦，并使焦点位于待加工样品的下表面以下；控制六维平移台移动，使透过水浸物镜的焦斑光束与待加工样品做相对运动，使飞秒激光进行特定轨迹的扫描烧蚀，从而实现在待加工样品上加工复杂三维微孔。本方案通过利用乙醇水溶液辅助飞秒激光背向加工微孔，可有效调控激光与液体相互作用过程，一方面调节了材料烧蚀阈值，有效地提升了加工长度；另一方面还能改变加工过程中气泡的生成状态，进而可提高碎屑的排出效率，解决了现有传统液体辅助飞秒激光加工微孔时存在的问题，实现更高深径比的复杂微孔加工。同时，水浸物镜的存在能够有效减少球差，有利于材料去除。附图说明图1为本专利技术的基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法流程示意图；图2为本专利技术的加工系统结构示意图；图3为本专利技术的实验结果示意图一；图4为本专利技术的实验结果示意图二。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了传统液体辅助飞秒激光加工微孔时存在的问题，提供一种基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，请参见图1，该方法主要包括如下步骤：S101、待加工样品固定放置于容器中，容器固定在六维平移台上。在本专利技术可选的实施例中，还可将待加工样品用乙醇水溶液超声清洗并晾干后，在将待加工样品固定放置于容器中，以去除待加工样品上残留物质，避免影响加工效果。待加工样品可以灵活选用，例如硼硅玻璃，本实施例对比不做限制。S102、配制乙醇水溶液，然后将其加入到容器中直至没过待加工样品上表面。乙醇水溶液浓度可以选用0～100％(体积分数)，例如10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％中的至少一种。S103、飞秒激光系统产生飞秒激光后，利用能量调节装置调整激光能量，并使出射飞秒激光的偏振方向为水平。本实施例中，飞秒激光参数如下：脉冲频率为1000Hz，单个脉冲能量为0.5-20μJ，聚焦前束腰直径为4-7mm，扫描速度为0.4μm/s-1μm/s。S104、调节后的光束经过反射镜垂直入射到水浸物镜，通过水浸物镜聚焦，并使焦点位于待加工样品的下表面以下。S105、控制六维平移台移动，使透过水浸物镜的焦斑光束与待加工样品做相对运动，使飞秒激光进行特定轨迹的扫描烧蚀，从而实现在待加工样品上加工复杂三维微孔。图2为加工系统结构图，主要包括：飞秒激光系统1、能量控制装置2、机械快门3、反射镜4、水浸物镜5、待加工样品6、容器7、六维平移台8；其中飞秒激光系统1、能量控制装置2和机械快门3依次平行、同轴放置，飞秒激光系统1产生的超短脉冲飞秒激光经过能量控制装置2和机械快门3后，再经过反射镜4垂直入射到水浸物镜5上，经过水浸物镜5后的光束聚焦到位于待加工样品6上；待加工样品6置于容器7中；容器7位于六维平移台8的中心。能量控制装置2对飞秒激光器1出射的飞秒激光的能量进行调节，并使出射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，其特征在于，包括：/n待加工样品固定放置于容器中，容器固定在六维平移台上；/n配制乙醇水溶液，然后将其加入到所述容器中直至没过所述待加工样品上表面；/n飞秒激光系统产生飞秒激光后，利用能量调节装置调整激光能量，并使出射飞秒激光的偏振方向为水平；/n调节后的光束经过反射镜垂直入射到水浸物镜，通过水浸物镜聚焦，并使焦点位于所述待加工样品的下表面以下；/n控制六维平移台移动，使透过所述水浸物镜的焦斑光束与所述待加工样品做相对运动，使飞秒激光进行特定轨迹的扫描烧蚀，从而实现在所述待加工样品上加工复杂三维微孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，其特征在于，包括：
待加工样品固定放置于容器中，容器固定在六维平移台上；
配制乙醇水溶液，然后将其加入到所述容器中直至没过所述待加工样品上表面；
飞秒激光系统产生飞秒激光后，利用能量调节装置调整激光能量，并使出射飞秒激光的偏振方向为水平；
调节后的光束经过反射镜垂直入射到水浸物镜，通过水浸物镜聚焦，并使焦点位于所述待加工样品的下表面以下；
控制六维平移台移动，使透过所述水浸物镜的焦斑光束与所述待加工样品做相对运动，使飞秒激光进行特定轨迹的扫描烧蚀，从而实现在所述待加工样品上加工复杂三维微孔。


2.如权利要求1所述的基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，其特征在于，所述飞秒激光的脉冲频率为1000Hz，单个脉冲能量为0.5-20μJ，聚焦前束腰直径为4-7mm，扫描速度为0.4μm/s-1μm/s。


3.如权利要求1所述的基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法，其特征在于，所述飞秒激光系统、所述能量控制装置和机械快门依次平行、同轴放置，所述飞秒激光系统产生的飞秒激光经过所述能量控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，杨炳东，韩伟娜，李晓炜，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，北京理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50