本发明专利技术公开了一种具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置及方法，以解决采用现有飞秒激光加工装置及方法加工的微纳结构深径比不足且深孔形貌不可控，导致被加工的材料表面粗糙度过高，且材料品质较低的问题。具体包括包括锥透镜、分束镜、反射单元、反射延时单元、第一平凸镜、第二平凸镜、合束镜及显微物镜；锥透镜的大端接收入射激光，其小端出射贝塞尔光束至分束镜；分束镜将贝塞尔光束分为第一分光束和/或第二分光束；反射单元和第一平凸镜依次设置在第一分光束所在光路上；反射延时单元和第二平凸镜依次设置在第二分光束所在光路上；第一平凸镜和第二平凸镜的焦距不同；合束镜与第一平凸镜和第二平凸镜对应；显微物镜出射加工激光。射加工激光。射加工激光。
【技术实现步骤摘要】
一种具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置及方法
[0001]本专利技术涉及微孔加工装置及方法，具体涉及一种具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置及方法。
技术介绍
[0002]微纳结构通常具备增透、消光、减阻、防覆冰、隐身、防腐蚀等功能，在航空航天、微电子器件、柔性光子器件、全微分析系统、微型反应器、微机电系统(MEMS)、微型光学器件等方面都展示了极富前景的能力。例如：半导体探测器微纳结构能够有效提高光子耦合效率和等效光程，突破传统体材料的吸收极限，提高光电器件的量子效率并降低器件的暗电流，为高性能红外探测器的研究提供了全新的技术手段。微纳制造作为支撑微纳技术走向应用的基础，被认为是先进制造技术国际竞争的焦点之一。
[0003]目前对于微纳结构的传统加工手段主要包括以下四种：
[0004]1、化学刻蚀：指通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果。
[0005]2、离子束刻蚀：氩气在辉光放电原理的作用下被分解为氩离子，氩离子通过阳极电场的加速物理轰击样品表面来达到刻蚀的作用。
[0006]3、电子束刻蚀：在计算机控制下，聚焦后的电子束按照加工要求的图形对基片上的抗蚀剂进行曝光，在抗蚀剂中产生具有不同溶解性能的区域，根据不同区域的溶解特性，利用具有选择性的显影剂进行显影，溶解性强的抗蚀剂部分被去除，溶解性差或不溶的部分保留下来，就可以得到所需要的抗蚀剂图形。
[0007]4、纳米压印：将模板进行大量复制的技术，从本质上是一种印刷复制技术，根据图形尺寸的大小可分为纳米压印技术和模压技术。
[0008]上述的四种加工技术均存在工序复杂、成本高、效率低、无法实现曲面加工等问题。然而飞秒激光的能量密度极高(最高达约10
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W/cm2)，作用空间极小(约10
‑
10
m)，作用时间极短(约10
‑
15
s)，这使其在制造过程中的物理效应和作用机理完全不同于传统的制造方式，而且与长脉冲激光相比，飞秒激光脉冲也从根本上改变了激光与物质相互作用的机制。因其脉宽极短，与材料作用时间远小于晶格热传导的时间，从而可以有效的抑制加工导致的热效应。而脉宽极短又赋予了飞秒激光极高的峰值功率，使其“无坚不摧”，几乎可以加工所有的固体材料。可是现有技术中，由于飞秒激光的形状和性质不可控，使得采用其加工的微纳结构深径比不足且深孔形貌不可控，导致被加工的材料表面粗糙度过高，且材料品质较低。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的是提供一种具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置及方法，以解决采用现有飞秒激光加工装置及方法加工的微纳结构深径比不足且深孔形貌不可控，导致被加工的材料表面粗糙度过高，且材料品质较低的技术问题。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置，其特殊之处在于：包括锥透镜、分束镜、反射单元、反射延时单元、第一平凸镜、第二平凸镜、合束镜以及显微物镜；
[0011]所述锥透镜的大端接收入射激光，其小端出射贝塞尔光束至分束镜；
[0012]所述分束镜用于将贝塞尔光束分为第一分光束和/或第二分光束，所述分束镜上设有全透光、全反光以及分光比为1:1～1:10的多个分光区域；
[0013]所述反射单元和第一平凸镜依次设置在第一分光束所在光路上，用于对第一分光束进行反射，使得第一分光束通过第一平凸镜后能够到达所述合束镜；
[0014]所述反射延时单元和第二平凸镜依次设置在第二分光束所在光路上，用于对第二分光束进行反射，使得第二分光束通过第二平凸镜后能够到达所述合束镜，并对第二分光束到达合束镜的光程进行适时调节；
[0015]所述第一平凸镜的焦距f1和第二平凸镜的焦距f2不同；
[0016]所述合束镜分别与第一平凸镜和第二平凸镜对应，将第一分光束和第二分光束合束之后发射至所述显微物镜；
[0017]所述显微物镜出射加工激光。
[0018]进一步地，所述第一平凸镜与显微物镜入口之间的光程为f1+f3；其中f3为显微物镜的焦距；
[0019]所述第二平凸镜与显微物镜入口之间的光程为f2+f3。
[0020]进一步地，还包括半波片；
[0021]所述半波片设置于分束镜与第四反射镜之间的光路上；
[0022]所述锥透镜小端与半波片之间的光程≥Z
max
，其中Z
max
为入射激光经锥透镜后的衍射区域长度。
[0023]进一步地，还包括可变光阑；
[0024]所述可变光阑设置在入射激光所在光路上。
[0025]进一步地，所述反射延时单元包括位移平台以及设置在所述位移平台上的第四反射镜和第五反射镜；
[0026]所述第四反射镜和第五反射镜依次设置在第二分光束所在光路上；所述第四反射镜和第五反射镜相互垂直；
[0027]所述位移平台用于带动第四反射镜和第五反射镜在第二分光束所在光路上同时移动，以调节第二分光束到达合束镜的光程。
[0028]所述锥透镜小端至第二平凸镜之间的光程≥Z
max
/2+f2。
[0029]进一步地，还包括第一反射镜；
[0030]所述第一反射镜设置在所述可变光阑与锥透镜之间，且位于入射激光所在光路上。
[0031]进一步地，所述反射单元包括第二反射镜和第三反射镜；
[0032]所述第二反射镜和第三反射镜依次设置在第一分光束所在光路上；
[0033]所述锥透镜小端至第一平凸镜之间的光程≥Z
max
/2+f1。
[0034]本专利技术还提供了一种具备时空整形功能的大深径比微孔加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0035]步骤1、构建上述所述的具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置；
[0036]步骤2、将分束镜切换至分光区域，使其将锥透镜小端出射的贝塞尔光束分束，调节所述反射延时单元，使得分束镜至合束镜之间第一分光束的光程与所述分束镜至合束镜之间第二分光束的光程相等，则被分束镜分束的两个子脉冲时间间隔为0；
[0037]步骤3、切换分束镜至全透光区域，使其将锥透镜小端出射的贝塞尔光束全透射；
[0038]步骤4、采用显微物镜出射的加工激光加工初始深孔；
[0039]步骤5、切换分束镜2至分光区域，并切换分束镜的分光比，以改变经分束镜分束后第一分光束和第二分光束的能量比，同时，调节反射延时单元，以改变分束镜至合束镜之间第二分光束的光程，从而改变两个所述子脉冲的时间间隔；
[0040]步骤6、采用显微物镜出射的加工激光修饰深孔的形貌。
[0041]进一步地，还包括以下步骤：
[0042]步骤7、重复步骤5和步骤6，平滑改变两个子脉冲的时间间隔，直至深孔形貌修饰完成。
[0043]本专利技术的有益效果：本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置，其特征在于：包括锥透镜(1)、分束镜(2)、反射单元、反射延时单元、第一平凸镜(3)、第二平凸镜(4)、合束镜(5)以及显微物镜(6)；所述锥透镜(1)的大端接收入射激光(01)，其小端出射贝塞尔光束(02)至分束镜(2)；所述分束镜(2)用于将贝塞尔光束(02)分为第一分光束(03)和/或第二分光束(04)，所述分束镜(2)上设有全透光以及分光比为1:1～1:10的多个分光区域；所述反射单元和第一平凸镜(3)依次设置在第一分光束(03)所在光路上，用于对第一分光束(03)进行反射，使得第一分光束(03)通过第一平凸镜(3)后到达所述合束镜(5)；所述反射延时单元和第二平凸镜(4)依次设置在第二分光束(04)所在光路上，用于对第二分光束(04)进行反射，使得第二分光束(04)通过第二平凸镜(4)后到达所述合束镜(5)，并对第二分光束(04)到达合束镜(5)的光程进行适时调节；所述第一平凸镜(3)的焦距f1和第二平凸镜(4)的焦距f2不同；所述合束镜(5)分别与第一平凸镜(3)和第二平凸镜(4)对应，将第一分光束(03)和第二分光束(04)合束之后发射至所述显微物镜(6)；所述显微物镜(6)出射加工激光(05)。2.根据权利要求1所述的具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置，其特征在于：所述第一平凸镜(3)与显微物镜(6)入口之间的光程为f1+f3；其中f3为显微物镜(6)的焦距；所述第二平凸镜(4)与显微物镜(6)入口之间的光程为f2+f3。3.根据权利要求2所述的具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置，其特征在于：还包括半波片(9)；所述半波片(9)设置于分束镜(2)与第四反射镜(7)之间的光路上；所述锥透镜(1)小端与半波片(9)之间的光程≥Z
max
，其中Z
max
为入射激光(01)经锥透镜(1)后的衍射区域长度。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置，其特征在于：还包括可变光阑(10)；所述可变光阑(10)设置在入射激光(01)所在光路上。5.根据权利要求4所述的具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置，其特征在于：所述反射延时单元包括位移平台以及设置在所述位移平台上的第四反射镜(7)和第五反射镜(8)；所述第四...
【专利技术属性】
技术研发人员：李珣，李明，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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