超快激光并行加工系统技术方案

一种超快激光并行加工系统，包括激光器、光束传输系统和光束预整形系统，还包括光束时空调制系统和光束实时调制软件，所述的光束时空调制系统包括反射镜、聚焦镜、空间光调制器，所述的光束实时调制软件作用于所述的光束时空调制系统上，通过所述的光束时空调制系统对激光光束进行时空调制,空间聚焦用于调制光束的静态特性，调制光束峰值光强和累积能量，时间聚焦用于调制光斑的动态特性，调制光斑的动态位移和变形，经过调制的激光光束到达材料表面，实现对材料的加工。本发明专利技术能实现时空同步聚焦，空间聚焦用于调制光束的静态特性，调制光束峰值光强和累积能量，时间聚焦用于调制光斑的动态特性，调制光斑的动态位移和变形。调制光斑的动态位移和变形。调制光斑的动态位移和变形。

【技术实现步骤摘要】
超快激光并行加工系统


[0001]本专利技术涉及激光加工
，特别是一种超快激光并行加工系统。

技术介绍

[0002]激光加工技术是一种新型的加工技术，激光能量快速、高效地将材料气化，实现对材料进行高精度、高速度的加工。
[0003]目前，这种技术已经在一些领域得到了广泛应用。例如，在航空航天、半导体制造和光学加工等领域，这种技术可以实现对金刚石、硬质合金等高硬度材料的高精度加工。该技术主要包括超快激光、时空同步聚焦和并行加工三个关键技术。其中，超快激光是实现金刚石加工的核心技术，其具有超短的脉冲宽度和高能量密度特点，可以实现对金刚石表面的快速加热和蒸发。时空同步聚焦技术可以将激光束聚焦在金刚石表面的一个微小区域内，并控制激光的入射角度和位置，使激光能量得以最大限度地转化为金刚石表面的热能。并行加工技术可以同时利用多个激光束进行加工，提高加工效率和精度。
[0004]虽然该技术已经取得了一定的进展，但仍存在一些挑战和问题。例如，激光能量的稳定性、激光束的聚焦精度、金刚石加工后的表面质量等问题仍需要进一步解决。此外，该技术的设备成本较高，需要进一步降低成本才能在更广泛的领域得到应用。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术不足，本专利技术提供一种超快激光并行加工系统。在飞秒激光微纳加工中，光斑的特性对时空并行加工的精确度具有重要影响。因此，为了实现对加工结构的精确控制，研究和控制光斑特性十分必要。光斑的强度决定了加工区域的形状和微结构，光斑的电场方向影响加工周期结构的朝向，而光斑的脉冲宽度则影响材料去除方式。因此，在激光微纳加工中，必须对光斑的特性进行详细研究和控制，以实现对时空同步聚焦光斑特性的精确控制。
[0006]本专利技术的技术解决方案：
[0007]一种超快激光并行加工系统，包括激光器、光束传输系统和光束预整形系统，所述的光束传输系统由衰减片、半波片、偏振片组成，依次布置在所述的激光器后，所述的光束预整形系统由光阑或双柱透镜组成，布置于光束传输系统之后，所述的激光器发出的激光通过所述光束传输系统到达所述光束预整形系统以提高光束质量，其特征在于，系统还包括光束时空调制系统和光束实时调制软件，所述的光束时空调制系统包括反射镜、聚焦镜、空间光调制器，所述的光束实时调制软件作用于所述的光束时空调制系统上，通过所述的光束时空调制系统对激光光束进行时空调制,空间聚焦用于调制光束的静态特性，调制光束峰值光强和累积能量，时间聚焦用于调制光斑的动态特性，调制光斑的动态位移和变形，经过调制的激光光束到达材料表面，实现对材料的加工。
[0008]所述的激光器采用单点模式或连续模式触发的飞秒激光器，激光脉宽范围为50
‑
800fs，重复频率范围为1Hz
‑
2000KHz。
[0009]所述的光束时空调制器采用空间光调制器，空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)可以实现对光相位的调节和控制。光束经过预整形系统后通过空间光调制器，可以实现光束的全反射、衍射、散焦等操作。
[0010]所述的空间光调制器采用液晶反射型空间光调制器。
[0011]所述的光束时空调制器采用二元衍射器件，二元衍射器件(Diffractive Optical Elements，DOE)可以实现对光的相位的调节和控制，同时具体更高损伤阈值和波长兼容性。
[0012]所述的光束预整形系统中采用光阑滤波，通过光阑后激光光束边缘较差的区域被过滤掉。
[0013]所述的光阑滤波采用圆光阑滤波，圆光阑直径为激光光束直径的60
‑
80％。
[0014]所述的光束预整形系统中采用双柱透镜，双柱透镜改变激光光束发束角，提高光束的一致性。
[0015]与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
[0016]利用飞秒激光的短脉冲时间和高功率密度，能够在非常短的时间内将材料加工成所需的形状，同时避免了因加工过程中产生的热效应对材料造成的损伤。这种加工系统的独特之处在于采用了时空同步聚焦技术，即将飞秒激光脉冲通过镜头系统进行聚焦，同时控制激光的入射方向和时间，使得激光能够在材料表面产生微观爆炸，形成微细的孔洞或者凹槽。通过光束实时调制软控制激光脉冲的数量和位置，可以将这些微观孔洞或凹槽逐步扩大，最终形成所需的加工形状。这种时空同步聚焦技术可以有效地控制激光在加工过程中的能量分布，避免激光的能量集中在一个点上造成材料损伤的问题。同时，由于飞秒激光的脉冲时间非常短，通常只有几百飞秒，因此在加工过程中也不会产生热效应，从而避免了材料热损伤的问题。
附图说明
[0017]图1光束实时调制软件控制流程
[0018]图2是本专利技术飞秒激光并行加工系统实施例示意图
[0019]图3是用本专利技术飞秒激光并行加工系统实施例加工出的金刚石样品扫描电子显微镜照片
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明，但不应因此限制本专利技术的保护范围。
[0021]为了描述实际系统加工过程，光束实时调制软件控制流程将激光的整形变换及聚焦过程简化为三个部分，如图1所示。第一部分为入射光场的描述，第二部分为光学元件对激光的整形，第三部分为聚焦透镜对激光的汇聚过程。在这个过程中，宽频激光经过元件对光场进行变换和整形，然后通过聚焦透镜进行聚焦。通过这种方法，可以实现对光斑特性的控制，进而实现对加工结构的精确控制。由于空间调制和时间调制两维度的存在，激光加工的效率将大大提高。光斑的强度决定了加工区域的形状和微结构，光斑的电场方向影响加工周期结构的朝向，而光斑的脉冲宽度则影响材料去除方式。因此，在激光微纳加工中，通过时空同步聚焦和光斑特性的控制，可以实现超快激光高效高精度加工。
[0022]图2是本专利技术飞秒激光并行加工系统实施例示意图，由图可见，本专利技术飞秒激光并行加工系统包括如下部分：
[0023]1)飞秒激光系统
[0024]飞秒激光系统主要用于产生一定参数的飞秒激光脉冲，实验中使用的飞秒激光系统是由激光振荡级和激光放大级(啁啾脉冲放大系统)组成。输出模式有单点模式(Single Shot)、连续模式(Continuous)和触发模式(Gated)三种。实验中通常采用触发模式。
[0025]2)激光传输系统
[0026]激光传输系统用于控制能量的大小，由衰减片、半波片、偏振片组成。反射镜片用于反射引导光路，衰减片用来初次衰减激光，防止过高能量的激光烧坏后面的元件，而半波片与偏振片组成能量衰减系统，用来连续调节激光能量。
[0027]3)激光预整形系统
[0028]激光预整形系统是一种用来调整激光脉冲空间形状的技术，通过对飞秒激光脉冲进行整形，可以让激光脉冲更好地配合后面的色散系统，从而生成具有特定光谱分布的入射激光。在一维线型频谱分布的时空同步聚焦中，预整形系统通常将飞秒激光整形为椭圆形，以便实现更高效的能量利用。
[0029]目前主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超快激光并行加工系统，包括激光器、光束传输系统和光束预整形系统，所述的光束传输系统由衰减片、半波片、偏振片组成，依次布置在所述的激光器后，所述的光束预整形系统由光阑或双柱透镜组成，布置于光束传输系统之后，所述的激光器发出的激光通过所述光束传输系统到达所述光束预整形系统以提高光束质量，其特征在于，系统还包括光束时空调制系统和光束实时调制软件，所述的光束时空调制系统包括反射镜、聚焦镜、空间光调制器，所述的光束实时调制软件作用于所述的光束时空调制系统上，通过所述的光束时空调制系统对激光光束进行时空调制,空间聚焦用于调制光束的静态特性，调制光束峰值光强和累积能量，时间聚焦用于调制光斑的动态特性，调制光斑的动态位移和变形，经过调制的激光光束到达材料表面，实现对材料的加工。2.如权利要求1所述的超快激光并行加工系统，其特征在于，所述的激光器采用单点模式或连续模式触发的飞秒激光器，激光脉宽范围为50
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800fs，重复频率范围为1Hz
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2000KHz。3.如权利要求1所述的超快激光并行加工系统，其特征在于，所述的光束时空...

【专利技术属性】
技术研发人员：付强，赵全忠，钱静，王关德，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：