透明材料纳米孔加工方法和加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于材料加工技术领域，涉及一种透明材料纳米孔加工方法和加工装置，加工装置，包括壳体以及从下自上依次设置在壳体内的第一支撑件、第二支撑件和玻璃盖；待加工样品置于第一支撑件和第二支撑件之间。本发明专利技术加工装置结构简单，加工方法能增加聚焦激光束的瑞丽长度，有利于激光焦点区域的透明材料喷射，加工的通孔更深，孔壁更光滑，提高纳米孔的质量。提高纳米孔的质量。提高纳米孔的质量。

【技术实现步骤摘要】
透明材料纳米孔加工方法和加工装置


[0001]本专利技术属于材料加工
，涉及一种透明材料纳米孔加工方法和加工装置。

技术介绍

[0002]超短贝塞尔光脉冲，是将超短激光脉冲和光束空间整形(零阶贝塞尔光束)相结合，它既保留了超短脉冲在微加工中面向材料广泛、超高加工精度(超衍射极限)、极好加工质量(低热影响)以及阈值高确定性等特有优势，同时又拥有贝塞尔光束的无衍射(长焦深)、传输稳健(自恢复)等优点。已有的研究结果表明：超短贝塞尔光脉冲激光在透明材料加工中具有以下的特点：(1)在材料表面加工上，由于非线性效应和阈值效应，激光将只对焦点区域的材料产生超衍射烧蚀去除作用，可获得清洁的加工表面；(2)在材料体内的加工上，通过调节压缩器使光脉冲产生啁啾(Chirp)来调控激光脉冲宽度，进而确保超短脉冲贝塞尔光束在材料内部的非线性稳定传输，并在不同激光参数下对透明材料内部的任意区域进行折射率或密度调控，实现超衍射极限的纳米孔结构加工；(3)纳米孔的形成经历了材料的等离子态激发，高温熔融态，稀疏结构(气穴)产生，流体力学和分子动力学的退火过程，最终生成纳米孔结构的具体物理特征与初始激励能量和边界条件密切有关。
[0003]虽然现有的超短贝塞尔光脉冲激光能实现透明材料上纳米孔的加工，但是现有的激光钻孔存在以下问题：加工环境是空气，使得聚焦激光束的瑞丽长度缩短，制约纳米孔深度的提高，此外，不利于激光诱导热熔透明材料(玻璃介质)的喷射，影响纳米孔壁表面光滑度，制约纳米孔加工质量的提升。

技术实现思路

[0004]为了解决现有纳米孔加工存在的技术问题，本专利技术提供一种透明材料纳米孔的加工方法和加工装置，装置结构简单，能增加聚焦激光束的瑞丽长度，有利于激光焦点区域的透明材料喷射，加工的通孔更深，孔壁更光滑，提高纳米孔的质量。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种透明材料纳米孔加工装置，包括壳体以及从下自上依次设置在壳体内的第一支撑件、第二支撑件和玻璃盖；待加工样品置于第一支撑件和第二支撑件之间并分别与第一支撑件和第二支撑件接触。
[0007]进一步的，所述第一支撑件为台阶，所述台阶为两个；两个台阶均置于壳体内底面上，两个台阶关于壳体中轴线对称设置，待加工样品架在两个台阶上。
[0008]进一步的，所述第一支撑件为夹持槽，所述夹持槽为两个，两个夹持槽对应设置在壳体两个相对侧壁上，待加工样品卡入两个夹持槽之间。
[0009]进一步的，所述第二支撑件为垫片，垫片为两个，所述两个垫片均置于待加工样品和玻璃盖之间。
[0010]一种基于透明材料纳米孔加工装置的加工方法，包括以下步骤：
[0011]1)将权利要求4所述的加工装置固定在电控位移工作台上；
[0012]2)向加工装置内加入浸没液，直至待加工样品完全浸在浸没液中；
[0013]3)在浸没液中，利用激光在待加工样品上加工出纳米孔。
[0014]进一步的，所述步骤2)中，浸没液的液面高度高于玻璃盖的下表面高度，低于玻璃盖的上表面高度。
[0015]进一步的，所述浸没液为水、石蜡、油、折射率匹配液或水凝胶。
[0016]进一步的，所述步骤3)中，浸没液为水时，激光将水电离形成等离子体，激光能量再通过等离子体转移到水中，水发生气化形成气泡，在待加工样品上形成真空，激光焦点区域的透明材料不断喷射，加工形成纳米孔。
[0017]进一步的，所述激光的光源为脉冲光源；所述脉冲光源的脉宽量级为纳秒、皮秒、飞秒或阿秒。
[0018]进一步的，所述激光的光束为高斯型、贝塞尔光束、径向偏振光束或涡旋光束。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1、本专利技术与传统的激光钻孔相比，将待加工样品浸没在液体，如水、石蜡、油等透明液体之中，由于浸没介质的折射率大于空气，且聚焦激光束的瑞利长度(焦长)与浸没介质的折射率成正比，增加了聚焦激光束的瑞丽长度；更重要的是，浸没液体(水)的激光电离阈值一般低于玻璃介质，从超快激光纳米孔加工动力学过程看，浸没液体(水)首先电离形成等离子体，激光能量通过等离子体转移到水，导致水气化，形成气泡，在透明材料表明形成真空，有利于激光焦点区域的透明材料喷射，使得浸没在液体中加工的纳米孔更深，孔壁更光滑。
[0021]2、本专利技术中，玻璃盖的上表面必须低于液面高度，且玻璃盖的下表面必须高于液面的高度，确保玻璃盖的下表面与液体紧密接触，能避免样品运动或者环境振动产生的浸没液面涟漪，保证激光光束指向性变化和激光束腰能按照规律的变化，提高纳米孔的加工质量。
[0022]3、本专利技术中，通过在待加工样品的上下表面分别设置支撑件，在保证待加工样品的上下表面均与浸没接触的同时，待加工样品表面远离壳体的底部和玻璃盖的底部，避免激光对壳体和玻璃盖造成损伤，保证加工装置的为稳定性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提供的加工装置示意图；
[0024]图2为本专利技术提供的纳米孔加工位置示意图；
[0025]图3为加工纳米孔正面入口直径的SEM示意图；
[0026]图4为加工纳米孔底面出口直径的SEM示意图；
[0027]其中：
[0028]1—壳体；2—浸没液；3—台阶；4—玻璃盖；5—垫片；6—待加工样品；7—气泡；8—纳米孔。
具体实施方式
[0029]现结合附图以及实施例对本专利技术做详细的说明。
[0030]实施例1
[0031]参见图1，本实施例提供的透明材料纳米孔加工装置，包括壳体1以及从下自上依次设置在壳体1内的第一支撑件、第二支撑件和玻璃盖4；待加工样品6置于第一支撑件和第二支撑件之间并分别与第一支撑件和第二支撑件接触。
[0032]本实施例中，壳体1为玻璃材料制成，且顶部开口。
[0033]本实施例中，第一支撑件为台阶3，台阶3为两个；两个台阶3均置于壳体1内底面上，两个台阶3关于壳体1中轴线对称设置，待加工样品6架在两个台阶3上。
[0034]实施时，两个台阶3置于壳体1内底面上并分别与壳体1的两个对称内壁对应接触，待加工样品6架在两个台阶3上，且保证待加工的纳米孔8的位置不能与台阶3相接触，待加工样品6与两个台阶3形成T形结构。台阶3为正方体结构，台阶3的底面与壳体1内底面接触，台阶3的一个侧壁与壳体1侧壁接触，这样接触面大，当待加工样品6架在台阶3上表面上时，待加工样品6稳定，不易发生掉落。
[0035]本实施例中，第二支撑件为垫片5，垫片5为两个，两个垫片5均置于待加工样品和玻璃盖4之间。
[0036]本实施例中，台阶3和垫片5的设置，使得待加工样品6的上表面、下表面均能与浸没液2接触，加工样品6的下表面与壳体1的底部之间有距离，待加工样品6的上表面和玻璃盖4的底部之间有距离，没有直接接触，这样能避免激光对壳体1的底部和玻璃盖4的底部造成损伤，保证装置的稳固。
[0037]实施例2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明材料纳米孔加工装置，其特征在于，包括壳体(1)以及从下自上依次设置在壳体(1)内的第一支撑件、第二支撑件和玻璃盖(4)；待加工样品置于第一支撑件和第二支撑件之间并分别与第一支撑件和第二支撑件接触。2.根据权利要求1所述的透明材料纳米孔加工装置，其特征在于，所述第一支撑件为台阶(3)，所述台阶(3)为两个；两个台阶(3)均置于壳体(1)内底面上，两个台阶(3)关于壳体(1)中轴线对称设置，待加工样品架在两个台阶(3)上。3.根据权利要求1所述的透明材料纳米孔加工装置，其特征在于，所述第一支撑件为夹持槽，所述夹持槽为两个，两个夹持槽对应设置在壳体(1)两个相对侧壁上，待加工样品卡入两个夹持槽之间。4.根据权利要求2或3所述的透明材料纳米孔加工装置，其特征在于，所述第二支撑件为垫片(5)，垫片(5)为两个，所述两个垫片(5)均置于待加工样品和玻璃盖(4)之间。5.一种基于权利要求4所述的透明材料纳米孔加工装置的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：1)将权利要求4所述的加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：周强，罗嵘，周秀哲，
申请(专利权)人：西安尚泰光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：