一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统技术方案

本申请涉及一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统，包括在承载平台上设有用于生成激光束的飞秒激光器；在承载平台上设有用于将激光束进行共光轴处理的底部光路；在承载平台上设有用于通过空间光调制器将共光轴后的激光束进行调制的顶部光路；在顶部光路围成的空间内设有用于将调制后的激光束传输至待加工样品进行聚焦的显微成像系统；在承载平台上还设有对待加工样品的位置进行控制的三维位移台。通过空间光调制器对激光进行调制，结合飞秒激光直写技术，在二维平面或三维空间内形成多焦点阵列，实现材料内部单次快速成型复杂结构。在系统中增加了物镜旋转台，针对不同尺度的加工要求，方便切换不同放大倍数、数值孔径的物镜。值孔径的物镜。值孔径的物镜。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统


[0001]本申请涉及激光加工领域，特别是涉及一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统。

技术介绍

[0002]传统的飞秒激光加工系统，一般通过改变激光参数（波长、重频、脉冲持续时间等）、物镜、透镜等方式来满足不同加工要求。但是激光在经过透镜或物镜之后，只能聚焦形成单个光点，该方式对于纳米、微米量级的加工，效率往往较低。另外，经过简单聚焦后的光斑，若想改变其相位、偏振等信息，往往需要通过在光路中加减光学元器件，加工复杂的三维结构时，较难做到单次成型。
[0003]目前，空间光调制器是一种通过驱动信号来调控空间光场的设备。通过调制入射激光的振幅、相位，可以得到任意的光场分布。针对透镜聚焦后单焦点的低效问题，空间光调制器可以通过算法调制光场，将入射激光在二维平面、三维立体中调制成多焦点阵列。结合飞秒直写技术，能够在材料内部实现复杂图案化的单次成型。
[0004]在光通信和光存储中，跨尺度的元器件，诸如波导、耦合器、马赫增德尔干涉仪等往往被集成在一起协同工作，而这些器件的尺寸分布可能从纳米拓展到微米量级。虽然通过空间光调制器能实现一定范围的补偿，但在跨量级尺度上，则对系统模块化有着更高的要求，增加了对整个系统涉及的难度。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决飞秒激光直写效率低、无法单次快速成型复杂结构、跨尺度加工不便问题的一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统。
[0006]第一方面，本申请提供了承载平台，在所述承载平台上设有用于生成第一激光束、第二激光束的飞秒激光器；在所述承载平台上设有用于将所述第一激光束、所述第二激光束进行共光轴处理的底部光路；在所述承载平台上设有用于通过空间光调制器将共光轴后的所述第一激光束、所述第二激光束进行调制的顶部光路；在所述顶部光路围成的空间内设有用于将调制后的所述第一激光束、所述第二激光束传输至待加工样品进行聚焦的显微成像系统；在所述承载平台上还设有对所述待加工样品的位置进行控制的三维位移台。
[0007]在其中一个实施例中，所述第一激光束和第二激光束均由所述飞秒激光器发射。
[0008]在其中一个实施例中，所述底部光路，包括：二向色镜，用于透射所述第一激光束、反射第二激光束；第一反射镜组，用于反射所述第一激光束或所述第二激光束；
衰减器组，用于衰减所述第一激光束、所述第二激光束。
[0009]在其中一个实施例中，所述第一反射镜组，包括：第一反射镜，用于反射第二激光束；第二反射镜，用于反射第一激光束和第二激光束。
[0010]在其中一个实施例中，所述第一反射镜组为对所述第一激光束、所述第二激光束具有高反射率的反射镜。
[0011]在其中一个实施例中，所述衰减器组，包括：第一衰减器，用于衰减所述第一激光束；第二衰减器，用于衰减所述第二激光束。
[0012]在其中一个实施例中，所述顶部光路，包括：第二反射镜组，用于将共光轴后的所述第一激光束、所述第二激光束进行反射；扩束透镜组，用于将所述第一激光束、所述第二激光束放大；空间光调制器，用于调节所述第一激光束、所述第二激光束的相位信息；4F光学系统，用于将空间光调制器上的相位信息同步至物镜上。
[0013]在其中一个实施例中，所述第二反射镜组，包括：第三反射镜，用于对所述底部光路传输的所述第一激光束、所述第二激光束进行反射；第四反射镜，用于反射所述相位信息被调节后的所述第一激光束、所述第二激光束的光路。
[0014]在其中一个实施例中，所述空间光调制器为反射式纯相位调制类型。
[0015]在其中一个实施例中，所述显微成像系统，包括：成像元件，用于实时监控加工过程；短波通二向色镜，用于滤波以及反射所述第一激光束、所述第二激光束，透射底部照明光源发出的白光；物镜旋转台，用于更换不同参数的物镜；物镜，用于汇聚所述第一激光束或所述第二激光束；照明光源，用于照亮所述待加工样品。
[0016]通过空间光调制器对激光进行调制，结合飞秒激光直写技术，在二维平面或三维空间内形成多焦点阵列，实现材料内部单次快速成型复杂结构。此外，在系统中增加了物镜旋转台，针对不同尺度的加工要求，方便切换不同放大倍数、数值孔径的物镜。
附图说明
[0017]图1为一个实施例中基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统的结构图；图2为一个实施例中基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统的处理过程示意图。
具体实施方式
[0018]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不
用于限定本申请。
[0019]具体的，本实施例提出的一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统，如图1所示，包括：承载平台11，在所述承载平台11上设有用于生成第一激光束、第二激光束的飞秒激光器12；在所述承载平台11上设有用于将所述第一激光束、所述第二激光束进行共光轴处理的底部光路13；在所述承载平台11上设有用于通过空间光调制器将共光轴后的所述第一激光束、所述第二激光束进行调制的顶部光路14；在所述顶部光路14围成的空间内设有用于将调制后的所述第一激光束、所述第二激光束传输至待加工样品进行聚焦的显微成像系统15；在所述承载平台11上还设有对所述待加工样品的位置进行控制的三维位移台16。
[0020]在实施中，本申请实施例提供一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统，包括用于发射激光的飞秒激光器12；用于共光轴不同波段激光束、衰减激光功率并抬高光路的底部光路13；用于调制空间光场的顶部光路14；用于成像聚焦并观察实时加工过程的显微成像系统15；用于精密控制样品位置的三维位移台16；以及用于固定以上各种设备、光学元器件并起到隔震作用的承载平台11。此处的三维位移台16，可以在x、y、z三个方向上精确移动，移动行程分别为100mm、100mm、5mm，精度分别达到0.2μm、0.2μm、0.2μm。
[0021]本实施例提供的一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统能用于加工多种情况，通过空间光调制器调制光场，在二维平面内加工各种结构。也可以通过调控光场，实现多焦点单次成像，单次直写成型可定制的三维结构。还可以通过改变不同的物镜、配合高精度三维位移台，灵活实现微米至纳米尺度的集成加工。
[0022]在其中一个实施例中，所述第一激光束和第二激光束均由所述飞秒激光器12发射。
[0023]在实施中，飞秒激光器12用于提供后续装置所使用的不同参数的第一激光束以及第二激光束，但受限于设备限制，第一激光束、第二激光束不能同时生成，仅能由飞秒激光器12进行间隔发射。
[0024]本装置中所使用的第一激光束的波长为1030
±
10nm，重复频率调节范围为1Hz
‑
1MHz，脉冲宽度调节范围为167fs
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统，其特征在于，所述可变焦飞秒激光加工系统，包括：承载平台，在所述承载平台上设有用于生成第一激光束、第二激光束的飞秒激光器；在所述承载平台上设有用于将所述第一激光束、所述第二激光束进行共光轴处理的底部光路；在所述承载平台上设有用于通过空间光调制器将共光轴后的所述第一激光束、所述第二激光束进行调制的顶部光路；在所述顶部光路围成的空间内设有用于将调制后的所述第一激光束、所述第二激光束传输至待加工样品进行聚焦的显微成像系统；在所述承载平台上还设有对所述待加工样品的位置进行控制的三维位移台。2.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统，其特征在于，所述第一激光束和第二激光束均由所述飞秒激光器发射。3.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统，其特征在于，所述底部光路，包括：二向色镜，用于透射所述第一激光束、反射第二激光束；第一反射镜组，用于反射所述第一激光束或所述第二激光束；衰减器组，用于衰减所述第一激光束、所述第二激光束。4.根据权利要求3所述的基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统，其特征在于，所述第一反射镜组，包括：第一反射镜，用于反射第二激光束；第二反射镜，用于反射第一激光束和第二激光束。5.根据权利要求3所述的基于空间光调制器的可变焦飞秒激光加工系统，其特征在于，所述第一反射镜组为对所述第一激光束、所述第二激光束具有高反射率的反射镜。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭德志，李增领，刘松国，孙轲，朱泊宁，陈晨端，吴佳佳，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：