用脉冲激光直接在金属表面刻蚀全息光栅制造技术

本发明专利技术为一种用激光直接在金属材料表面烧蚀出全息光栅的技术。利用调Ｑ技术发射的脉冲激光束，经分光器分成多束激光，然后再让它们以一定夹角相交，并聚焦到金属材料表面上，使金属材料气化，烧蚀出一个带浮雕型全息光栅的圆斑。根据此原理与方法制造的激光全息打标机能直接在金属材料表面打出色彩斑斓、带有动态感或立体的全息图像和文字。从理论上讲，任何固体材料只要其表面足够致密光洁，对激光有一定的吸收率，能被激光气化，都有可能用作为激光全息的记录材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属信息技术(IT)领域。
技术介绍
利用高能脉冲激光进行热加工，譬如激光切割、焊接、打标、雕刻、钻孔、表面热处 理等，已有几十年的历史了。以激光打标为例，它是将激光束聚焦成直径只有几十微米大小 的点，在调Q脉冲作用下，将记录介质表面迅速气化，形成一个“坑”；随着聚焦光点的规则 移动，这些小坑就形成了人们所要表达的图像文字。由于烧蚀后在记录介质表面留下的是 一系列的小坑或黑点，用“1”表示；没有烧蚀的地方称为白点，用“0”表示；因此它属于二元 信息的记录与表达方式，与光盘的光刻技术相似。对于单个烧蚀点来说，它是最简单的，无 任何精细结构，因此从信息容量角度来说，现有的激光打标技术价值太低。为了提高其利用 价值，必须提高其信息容量的数值或其所包含的“状态数”；而要提高信息容量，则必须增加 它所烧蚀点中的精细结构。为此，最简单且又最有效的方法是把现有烧蚀的简单“坑”变成 含全息光栅的圆斑，类似激光全息存储中的圆斑。不过激光全息存储使用的是银盐感光材 料。近十多年来，在带镭射光栅的包装材料和防伪标识中，人们利用光刻胶(光致抗蚀剂) 作为数控点阵激光全息光刻的记录材料进行全息光刻，然后进行制模，再通过热压转移到 其它载体上，其中的点阵中的点都是由全息光栅组成的。由现有的全息光刻、制版、转移等 组成的传统工艺，不但成本高、周期长、千篇一律、防伪力度低，而且在许多场合根本不能使 用。本专利技术则可彻底改变原有的不利面貌。
技术实现思路
本专利技术为一种用脉冲激光能直接在金属等材料表面进行全息光栅刻蚀的技术。它 不使用传统感光材料，也不用预先制版，而是直接在金属材料本身(表面)上进行现场刻 蚀。它方便、快捷、多变，特别适合于激光全息打标和直接用激光现场雕刻全息版。为实现在金属等材料表面进行全息光栅的烧蚀，必须解决两大问题一是要有足 够强大的激光能量，以便能使金属表面气化；这个问题可通过激光调Q技术来解决；二是 激光要能形成相干的光点，即干涉场，以便使光场中出现强弱相间的能量分布；金属材料表 面被此类光点烧蚀气化后，将形成浮雕型的全息光栅；关于获得相干的光点这个问题，可通 过将激光束进行分束，至少分成两束，分束后再以一定的夹角进行合并、聚焦到同一空间点 上，只要重新合并的这些光束，相互间满足相干的充要条件，在重聚后的光点里就能形成全 息干涉条纹。下面以改造的激光全息打标机为例，进一步加以说明具体的实施方式。附图说明下面结合附图对本专利技术进行说明。1.为调Q激光器；2.为激光束；3.为分束器；4.为处理后的多束激光；5.为凸面透镜；6.为会聚激光束；7. 7为记录介质；8. M为相交点。具体实施例方式调Q激光器1发射超短脉冲的激光束2，经分束器3，此处用光栅做分束器，将激光 束分为多束激光4，再经凸面透镜5将分开后的多束激光4进行合并，会聚后的激光束6聚 焦于记录介质7的一个小区域相交M点8，此处的记录介质7即为金属等材料的表面，只要 满足一定的条件，位于相交M点8的金属表面就会被烧蚀出一个含有全息光栅的圆斑。这 里所指的“金属”是指广义的固体材料，包括各种软的、硬的、贵的、贱的、有色的、黑色的、单 质的、化合的金属，甚至是非金属固体材料。只需“金属”表面对所用的激光具有一定的吸 收率，激光能量密度足够高，能使“金属”表面气化，激光的空间相干性和时间相干性达到一 定的要求，就能在“金属”表面直接烧蚀出全息光栅来。这里给出专利技术人所做的一个实验例子。声光调Q的YAG激光器，一次倍频发射绿 色激光；材料为不锈钢板，表面抛光并做适当技术处理，以提高表面吸收率，处理后吸收率 为60%以上。假设聚焦光斑直径为Φ =0. 1mm，在不锈钢板上刻蚀出深度约为0.2微米的 简易全息光栅，其空间频率为lOOOline/mm，激光束的夹角约32度，波长λ = 532nm，脉宽 约为20ns ；经理论计算，所需单脉冲激光能量约为1毫焦耳，与试验结果完全吻合。根据上述原理和技术制造的激光全息打标机，能直接在金属材料表面打出色彩斑 斓、带有动态感即平移、旋转、缩放等效果，以及立体的全息图像和文字来。由于金属材料在日常生活用品及机械制造的机械零部件、五金工具等中使用最为 广泛，同时还因为具有表面光泽，而使信噪比极高，肉眼容易看见等优点，所以本申请以金 属材料为例进行阐述。从理论上讲，任何固体材料只要其表面足够致密光洁，对激光有一定 的吸收率，能被激光气化，都有可能用作为激光全息的记录材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一项利用激光能直接在金属材料表面烧蚀出全息光栅的技术；其主要特征是：由调Ｑ发射的脉冲激光束经分光、合并、聚焦到金属材料表面，气化后形成浮雕型全息光栅。

【技术特征摘要】
1.一项利用激光能直接在金属材料表面烧蚀出全息光栅的技术；其主要特征是由调 Q发射的脉冲激光束经分光、合并、聚焦到金属材料表面，气化后形成浮雕型全...

【专利技术属性】
技术研发人员：易晗，易联招，
申请(专利权)人：易联招，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]