一种飞秒激光快速加工装置，包括飞秒激光器，沿该飞秒激光器的激光输出光路上依次是光闸、第一柱透镜、第二柱透镜和待加工样品，所述的第一柱透镜和第二柱透镜相互正交设置并与所述的光路垂直，所述的待加工样品置于电控位移平台上，并且该待加工样品的加工区域位于第二柱透镜的焦点，所述的电控位移平台和光闸与计算机相连，所述的电控位移平台的运动和光闸的工作受所述的计算机的软件同步控制。本发明专利技术的优点是：加工速率高、扫描工作方式的灵活性、飞秒激光能量利用充分，不仅可以制备周期微结构，还可以制备大面积非周期微结构；制备的周期结构更加均匀。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞秒激光加工，特别是一种飞秒激光快速加工装置。
技术介绍
飞秒激光以其加工精度高、热效应小、损伤阈值低和可以对透明材料实现三维微 加工等优点在当代微制造领域中独树一帜，它为我们提供了一种全新的制备大规模、复杂 三维微结构的方法。目前已在微光学、微流体、微电子和微机械等领域中体现出重要应用前景。传统的飞秒激光直写加工技术是以紧聚焦飞秒激光束进行点扫描来完成的，通常 使用短焦距的透镜或显微物镜对光束聚焦，焦点处光斑尺寸一般只有几个微米。固定激光 焦点不动，通过编程控制所加工样品的运动，可以制备出任意图案的微结构。此方法虽然 灵活，基本的微光学和微流体单元如光波导、微通道等均可简单地通过直写获得，但在制备 大面积微结构尤其是图案结构较复杂时，逐点扫描的工作方式将显得异常耗时，常常需要 花费数小时的时间进行飞秒激光辐照(参见文献K.Yamada，ff. ffatanabe, et al.，Jpn. J. Appl. Phys.，Vol.42, P6916-6919，2003)，而飞秒激光器的成本也是十分昂贵的，因此这 种方法非常不利于批量生产和工业应用。虽然双/多光束干涉已经普遍用于加工周期性微 结构(参见文献:K. Kawamura, M. Hirano, Appl. Phys. Lett.，Vol. 81，P 1137-1139，2002)， 并且该方法速度快、效率高，通常只需单发脉冲辐照便可制备出各种周期微结构，但是该方 法的光路系统需要复杂的相位稳定系统来确保两束光的相位恒定，从而避免因相位改变而 导致的加工图案失真；此外，这种方法只能用于制备周期结构，对于大面积的非周期结构则 显得无能为力了，因此有失灵活性。如何在维持加工灵活性的基础上提高加工效率一直是 该领域迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服上述传统飞秒激光微加工点扫描工作方式的 效率低等缺点，同时也不失点扫描加工方法的灵活性，通过柱透镜对激光束线聚焦，提供一 种飞秒激光快速加工装置。本专利技术的具体技术解决方案如下一种飞秒激光快速加工装置，包括飞秒激光器，特点在于其构成还包括沿该飞 秒激光器的激光输出光路上依次是光间、第一柱透镜、第二柱透镜和待加工样品，所述的第 一柱透镜和第二柱透镜相互正交设置并与所述的光路垂直，所述的待加工样品置于电控位 移平台上并且该待加工样品的加工区域位于第二柱透镜的焦点，所述的电控位移平台和光 闸与计算机相连，所述的电控位移平台的运动和光闸的工作受所述的计算机的软件同步控 制。所述的第一柱透镜和第二柱透镜具有沿光轴方向平移的调节机构。飞秒激光器出射的光束由光闸控制开关，对其进行时间调制，从而控制激光辐照时间；两个互相垂直摆放的第一柱透镜和第二柱透镜分别沿Y和X方向独立地对光束进 行压缩，第一柱透镜控制扫描线的线长，第二柱透镜控制线宽，通过光轴方向平移的调节机 构，平移第一柱透镜和第二柱透镜的位置可以调整扫描单线的长 度和宽度；待加工的样品 固定在电控位移平台上，计算机用于控制光闸的曝光时间和电控平台的移动；调节样品位 置，使激光束焦点位于样品内所需加工的位置，通过计算机编程控制移动样品和光间进而 实现各种复杂微结构图案的快速制备。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1、与飞秒激光紧聚焦点扫描工作方式相比，柱透镜可实现对飞秒激光的线聚焦， 线扫描的工作方式必将大大提高加工速率；2、与双/多光束干涉工作方式相比，该方法保持了扫描工作方式的灵活性，不仅 可以制备周期微结构，还可以制备大面积非周期微结构；3、可以制备更加均勻的周期结构飞秒激光紧聚焦点扫描工作方式在扫描单线 时，线条的均勻性是由控制三维平台的步进电机决定，由于平台移动时存在加速和减速的 过程，因而很难做到均勻扫描；而本专利技术在扫描单线时，线条的均勻性由扫描速度和光闸的 时间调制频率决定，因此可以使所制备的周期结构更加的均勻；4、对飞秒激光的能量利用率高传统的飞秒激光紧聚焦点扫描工作方式不惜通过 衰减飞秒激光能量来获得更高的加工分辨率，这种方法浪费了大量脉冲能量；与之相比，本 专利技术由于采用线聚焦工作方式，将充分利用飞秒激光的能量。附图说明图1是本专利技术飞秒激光快速加工装置的结构示意图 具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应限制本专利技术的保护范围。先请参阅图1，图1是本专利技术飞秒激光快速加工装置的结构示意图，也是本专利技术实 施例的结构示意图，由图可见，本专利技术飞秒激光快速加工装置，包括飞秒激光器1，特点于其 构成还包括该飞秒激光器1的激光输出的光路上依次是光间2、第一柱透镜3、第二柱透 镜4和待加工样品5，所述的第一柱透镜3和第二柱透镜4相互正交设置并与所述的光路垂 直，所述的待加工样品5置于电控位移平台6上并且该待加工样品5的加工区域位于第二 柱透镜4的焦点，所述的电控位移平台6和光闸2与计算机7相连，所述的电控位移平台6 的运动和光闸2的工作受所述的计算机7的软件同步控制。所述的第一柱透镜(3)和第二 柱透镜(4)具有沿光轴方向平移的调节机构(图中未示)。本实施例所用飞秒激光器1的参数如下脉冲宽度为40fs，中心波长为800nm，重 复频率为1kHz。飞秒激光器的单脉冲功率在第一柱透镜3前测为80 y J ；通过计算机编程设 定光闸的曝光时间为5ms，占空比(即一个时间周期内光闸的开通时间和整个时间周期之 比值)为1/600 ；为了将激光束聚焦成线状，选择第一柱透镜2和第二柱透镜3的焦距分别 为200mm和40mm，它们之间摆放的间距为90mm，此时聚焦光束的宽度和长度分别约为2 u m 和1800 ym;将六面抛光的光敏玻璃(名为Foturan)样品5，清洗后固定在所述的电控位移 平台6上，移动待加工样品5使激光焦点位于样品内部所需位置，通过计算机7编程设定电控位移平台6的扫描速度为5 ym/s，移动方向为+X方向，平台移动的同时要需要控制光闸 2对光束进行时间调制，即可快速制备线宽为2 u m,线长为1. 8mm,周期为10 y m的光栅结构。 实验表明本专利技术的优点是加工速率高、扫描工作方式的灵活性、利用飞秒激光 的能量充分，不仅可以制备周期微结构，还可以制备大面积非周期微结构；制备的周期结构 更加均勻。权利要求一种飞秒激光快速加工装置，包括飞秒激光器(1)，特征在于其构成还包括沿该飞秒激光器(1)的激光输出光路上依次是光闸(2)、第一柱透镜(3)、第二柱透镜(4)和待加工样品(5)，所述的第一柱透镜(3)和第二柱透镜(4)相互正交设置并与所述的光路垂直，所述的待加工样品(5)置于电控位移平台(6)上并且该待加工样品(5)的加工区域位于第二柱透镜(4)的焦点，所述的电控位移平台(6)和光闸(2)与计算机(7)相连，所述的电控位移平台(6)的运动和光闸(2)的工作受所述的计算机(7)的软件同步控制。2.根据权利要求1所述的飞秒激光快速加工装置，其特征在于所述的第一柱透镜(3) 和第二柱透镜(4)具有沿光轴方向平移的调节机构。全文摘要一种飞秒激光快速加工装置，包括飞秒激光器，沿该飞秒激光器的激光输出光路上依次是光闸、第一柱透镜、第二柱透镜和待加工样品，所述的第一柱透镜和第二柱透镜相互正交设置并与所述的光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种飞秒激光快速加工装置，包括飞秒激光器（１），特征在于其构成还包括：沿该飞秒激光器（１）的激光输出光路上依次是光闸（２）、第一柱透镜（３）、第二柱透镜（４）和待加工样品（５），所述的第一柱透镜（３）和第二柱透镜（４）相互正交设置并与所述的光路垂直，所述的待加工样品（５）置于电控位移平台（６）上并且该待加工样品（５）的加工区域位于第二柱透镜（４）的焦点，所述的电控位移平台（６）和光闸（２）与计算机（７）相连，所述的电控位移平台（６）的运动和光闸（２）的工作受所述的计算机（７）的软件同步控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何飞，程亚，冯雯，除至展，
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：31[中国|上海]
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