一种超快飞秒微纳加工设备及其加工方法技术

本发明专利技术涉及激光加工技术领域，具体涉及一种超快飞秒微纳加工设备及其加工方法。包括加工平台，其放置待加工材料；第一激光组件，其包括第一激光发射器，第一激光发射器输出的第一激光束输入第一光学元件；第二激光组件，其包括第二激光发射器，第二激光发射器输出的第二激光束输入第二光学元件；快门，其切换第一激光束与第二激光束，第一激光束与第二激光束交替聚焦至加工平台，第一激光束的激光脉宽与第二激光束的激光脉宽不同；运动控制系统，其与加工平台和快门连接且控制加工平台与快门联动，该超快飞秒微纳加工设备能够准确和迅速地切换不同激光束，具有加工精度高和有效提高激光能量利用率的优点。光能量利用率的优点。光能量利用率的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种超快飞秒微纳加工设备及其加工方法


[0001]本专利技术涉及激光加工
，具体涉及一种超快飞秒微纳加工设备及其加工方法。

技术介绍

[0002]以半导体晶片、石墨模具、石英半球谐振子、蓝宝石显示基板等为代表的典型硬脆材料以及电子复合材料零部件是我国3C、半导体、5G通讯、新能源、航空航天等诸多领域发展的支柱。这类典型硬脆材料切削加工时易变形、易断裂、易损伤，导致加工时零部件易崩碎断裂、亚表面损伤严重、表面一致性差、尺寸和形状位置精度难以保证，刀具磨损快寿命短，在大规模生产中尤为突出，是高效精密加工的热点和难题之一。
[0003]超快激光具有超强、超快、超精密特性，是制造
的前沿方向和重要生长点之一。以超快激光为主要工具的激光微纳加工技术更精密、更准确和更迅速。但目前激光加工技术仍存在一些缺陷：在加工材料时，聚焦材料内部的激光能量分布不均匀导致加工精度不足、高频脉冲的激光在加工过程中存在热累积现象，低频脉冲的激光的加工的精度以及加工效率无法达到加工的要求，难以实现无损高效加工、对激光的能量利用率不高等。
[0004]因此，面向我国硬脆材料及电子复合材料零部件高性能制造需求，需要搭建一个能够实现多激光多光束整形集成的加工平台，使得加工过程更精密、更准确和更迅速。该平台可集成单紫外飞秒激光、单绿光皮秒激光、单紫外纳秒激光的加工能力以及任意两种激光同轴异步加工能力，实现无损加工并提高加工效率；同时还需集成多套光路系统，可分别针对不同激光束实现贝塞尔光束整形和平顶光束整形，从而提高激光分布的均匀性以及提高激光能量的利用率。最终可实现对金刚石、蓝宝石、玻璃、单晶硅碳化硅等典型硬脆材料以及电子复合材料的精密微细切割、划线、切槽、刻蚀、钻孔、隐切等多种加工工艺。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种超快飞秒微纳加工设备，该超快飞秒微纳加工设备能够准确、快速地切换不同激光束，具有加工精度高、激光能量利用率高的优点。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种飞秒微纳加工方法。
[0007]为实现上述目的之一，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]提供一种超快飞秒微纳加工设备，包括
[0009]加工平台，其放置待加工材料；
[0010]第一激光组件，其包括第一激光发射器，所述第一激光发射器输出的第一激光束输入第一光学元件；
[0011]第二激光组件，其包括第二激光发射器，所述第二激光发射器输出的第二激光束输入第二光学元件；
[0012]快门，其切换所述第一激光束与所述第二激光束，所述第一激光束与所述第二激
光束交替聚焦至所述加工平台，所述第一激光束的激光脉宽与所述第二激光束的激光脉宽不同；
[0013]运动控制系统，其与所述加工平台和所述快门连接且控制所述加工平台与所述快门联动。
[0014]在一些实施方式中，所述第一光学元件包括沿所述第一激光束输出方向依次设置的第一扩束镜、第一反射镜、DOE元件和振镜；
[0015]所述第二光学元件包括沿所述第二激光束输出方向依次设置的第二扩束镜、第二反射镜；经由所述第二反射镜传播的第二激光束依次经所述DOE元件、所述振镜。
[0016]在一些实施方式中，所述第一光学元件包括沿所述第一激光束输出方向依次设置的第一扩束镜、第一轴棱镜、第一平凸透镜和第一物镜；
[0017]所述第二光学元件包括沿所述第二激光束输出方向依次设置的第二扩束镜、第二轴棱镜、第二平凸透镜和第二物镜；
[0018]所述加工平台交替移至所述第一激光束的输出端和所述第二激光束的输出端。
[0019]在一些实施方式中，所述加工平台为气浮加工平台。
[0020]在一些实施方式中，所述气浮加工平台的X/Y轴的行程不低于150mm；X/Y轴定位精度不低于
±
0.4um；X/Y轴重复定位精度不低于0.1um；直线度不低于
±
0.5um；平面度不低于
±
0.5um；Z轴定位精度
±
1um；重复定位精度
±
0.1um；直线度/平面度
±
1um；Z轴行程不低于50mm。
[0021]在一些实施方式中，所述快门设于扩束镜的输出端。
[0022]在一些实施方式中，所述运动控制系统包括CCD视觉定位系统和控制器，所述CCD视觉系统监测所述加工平台，所述快门经由所述CCD视觉定位系统与所述控制器连接，所述加工平台经由所述CCD视觉定位系统与所述控制器连接。
[0023]在一些实施方式中，所述第一激光发射器和所述第二激光发射器为秒激光发射器、皮秒激光发射器和飞秒激光发射器中的一种。
[0024]本专利技术一种超快飞秒微纳加工设备的有益效果：
[0025](1)本专利技术的超快飞秒微纳加工设备，其第一激光组件和第二激光组件在快门的控制下实现切换不同的激光束，继而能够实现多激光多光束整形集成，使得加工过程更精准。
[0026](2)本专利技术的超快飞秒微纳加工设备，其快门和加工平台通过运动控制系统联动连接，在切换激光束时，快门和加工平台联动协同运行，能迅速调整激光切换，提高加工效率，即，运动控制系统控制的加工平台与快门进行相互作用，不仅能够达到降低热影响的目的，而且也缩短了两激光交替所需时间，减少对加工效率的影响，提高工件最终加工效果。
[0027](3)本专利技术的超快飞秒微纳加工设备，其激光束切换功能可以分别针对不同激光束实现不同组合，提高激光分布的均匀性以及提高激光能量的利用率，克服传统高频脉冲的激光在加工过程中存在热累积问题和低频脉冲的激光的加工的精度以及加工效率无法达到加工的要求问题，实现无损高效加工和提高激光的能量利用率。
[0028]为实现上述目的之二，本专利技术提供以下技术方案：
[0029]提供一种飞秒微纳加工方法，采用上述的超快飞秒微纳加工设备，包括以下步骤：
[0030]将待加工材料置于加工平台，开启第一激光发射器和第二激光发射器，所述运动
控制系统控制所述快门与所述加工平台联动，使所述快门切换所述第一激光束与所述第二激光束，同时调整所述加工平台的运动方向，使所述第一激光束与所述第二激光束对所述待加工材料的同一位置进行交替加工。
[0031]在一些实施方式中，所述待加工材料为金刚石、蓝宝石、玻璃或单晶硅碳化硅。
[0032]本专利技术一种超快飞秒微纳加工设备的加工方法有益效果：
[0033]本专利技术的快飞秒微纳加工设备的加工方法，其能快速准确地切换不同激光束，有效提高加工效率，能够实现对典型硬脆材料以及电子复合材料的精密加工工艺，提高基体的综合性能。
附图说明
[0034]图1是本申请实施例1的超快飞秒微纳加工设备输出的平顶加工光路的示意图。
[0035]图2是本申请实施例2的一种超快飞秒微纳加工设备输出的贝塞尔加工光路的示意图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超快飞秒微纳加工设备，其特征是：包括加工平台，其放置待加工材料；第一激光组件，其包括第一激光发射器，所述第一激光发射器输出的第一激光束输入第一光学元件；第二激光组件，其包括第二激光发射器，所述第二激光发射器输出的第二激光束输入第二光学元件；快门，其切换所述第一激光束与所述第二激光束，所述第一激光束与所述第二激光束交替聚焦至所述加工平台，所述第一激光束的激光脉宽与所述第二激光束的激光脉宽不同；运动控制系统，其与所述加工平台和所述快门连接且控制所述加工平台与所述快门联动。2.根据权利要求1所述的超快飞秒微纳加工设备，其特征是：所述第一光学元件包括沿所述第一激光束输出方向依次设置的第一扩束镜、第一反射镜、DOE元件和振镜；所述第二光学元件包括沿所述第二激光束输出方向依次设置的第二扩束镜、第二反射镜；经由所述第二反射镜传播的第二激光束依次经所述DOE元件、所述振镜。3.根据权利要求1所述的超快飞秒微纳加工设备，其特征是：所述第一光学元件包括沿所述第一激光束输出方向依次设置的第一扩束镜、第一轴棱镜、第一平凸透镜和第一物镜；所述第二光学元件包括沿所述第二激光束输出方向依次设置的第二扩束镜、第二轴棱镜、第二平凸透镜和第二物镜；所述加工平台交替移至所述第一激光束的输出端和所述第二激光束的输出端。4.根据权利要求1所述的超快飞秒微纳加工设备，其特征是：所述加工平台为气浮加工平台。5.根据权利要求4所述的超快飞秒微纳加工设备，其特征是：所述气浮加工平台的X/Y轴的行程不低于150mm；X/Y轴定位精度不低于
±
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成勇，卢咏珊，丁峰，孙勇，郑李娟，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：