一种新型光子晶体光纤激光加工机制造技术

本发明专利技术公开了一种新型光子晶体光纤激光加工机，属于激光技术领域。该加工机包括光子晶体光纤的或固体的飞秒激光振荡级、高功率大模场光子晶体光纤激光放大器、激光多倍频器、准直和聚焦系统、精度为纳米量级的精密三维微位移平台和计算机控制系统构成。该加工机具有重复频率高，结构简单，稳定性好，运行费用低、光束质量高、脉宽窄和高功率的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光
，涉及一种高重复频率光子晶体光纤紫外超短脉冲激光加工机。
技术介绍
激光微加工已经成为MEMS制造中的主要工具。但是这些长脉冲激光加工的热效应严重影响了其在微细加工中的加工精度。而超短脉冲激光微加工具有较小的热效应积累，因此比连续或长脉冲激光微加工的精度更高，尺寸更小。同时具有紫外波长的超短脉冲激光的光子能量高，能够达到材料的化学键能，可直接进行剥离加工而没有热交换发生，这对于生物芯片的加工十分有利；加之，波长越短衍射极限就越小，因此更具有精细加工方面优势。所以紫外超短脉冲激光器是进行高精度微加工的理想工具。然而，目前在MEMS制作领域中紫外激光微加工技术采用的三类激光器准分子激光器、LD泵浦的固体激光器 (DPSS )和钛宝石激光器，它们共同缺点是体积庞大，价格昂贵，重复频率较低(1-50KHZ )；准分子激光器的脉宽较宽(仅在ns量级)，调Q的固体激光器脉宽在ns或ps量级； 还有，准分子激光器中高纯气体工作介质的有限寿命带来高昂的后续运转费用和气体工作介质有毒等缺陷。这些都限制了该类激光器在微加工中获得更高的加工精度和应用空间。光子晶体光纤(PCF )于1996年由英国巴斯大学研制成功，由于它具备许多普通单模光纤所没有的特性，所以对PCF的研究成为热点，并在光通信、量子信息、传感器和激光器等方面得到了应用。2005年，德国Limpert小组报道了利用掺镜的PCF作为增益介质实现了 131w、220fs的激光放大运转。同年，德国的M. Moenster小组报道了利用掺钕的PCF为增益介质实现了 400fs的激光振荡级输出，从此开始了 PCF飞秒激光器研究的新趋势、新潮流。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的不足旨在提出一种高重复频率光子晶体光纤紫外超短脉冲激光加工机，该加工机具有重复频率高，结构简单，稳定性好，运行费用低，光束质量高，脉宽窄和高功率的优点。本专利技术是通过以下技术方案加以实现的，一种高重复频率光子晶体光纤紫外超短脉冲激光加工机，其特征在于，该加工机包括光子晶体光纤的或固体的飞秒激光振荡级1 、高功率大模场光子晶体光纤激光放大器2、激光多倍频器3、准直和聚焦系统4、精度为纳米量级的精密三维微位移平台5和计算机控制系统6构成，装置中各部件的连接关系为，飞秒激光振荡器产生飞秒孤子或者自相似脉冲，作为大模场光子晶体光纤激光放大器的种子脉冲，经过放大和脉冲压缩后形成高重复率、高功率的飞秒级脉冲序列，然后进行多倍频，获得飞秒一皮秒量级的高重复频率的紫外激光；紫外激光经过准直和聚焦系统导入到加工件；加工件放置在精密三维微位移平台上，其行程由计算机系统控制，计算机还提供加工光源与加工件的同步控制。上述的光子晶体光纤飞秒激光振荡器，是由大模场的掺镜离子或饵离子的双包覆光子晶体增益光纤、半导体可饱和吸收镜和偏振旋转(NPE )混合锁模器、光栅对或大负色散光纤色散补偿器构成。其中光子晶体增益光纤的芯径为10 - 50微米，数值孔径NA 为0.02 - 0. 06，外包层直径200 - 400微米，数值孔径NA为0. 4 - 0.8，长度为 I-IOm，包层泵浦为5-30W的高功率激光二极管。通过调节腔内色散补偿器，该振荡器分别运行在孤子型、呼吸型和自相似型运转状态。上述的高功率大模场光子晶体光纤激光放大器的放大级为1 - 3级放大，每级放大，包括大模场的掺镜离子或饵离子的双包覆光子晶体增益光纤、光栅对或大负色散光纤色散补偿器构成，其中光子晶体增益光纤的芯径为20 - 100微米，数值孔径NA为 0.02 - 0.06 ,外包层直径200 - 400微米，数值孔径NA为0. 4 - 0.8，长度为1 -IOm，包层泵浦为20 -IOOff高功率激光二极管，放大器在振荡级与放大器之间和放大级各级之间都设置偏振法拉第隔离器。上述激光多倍频装置为偏硼酸钡(BBO )和三硼酸锂(LBO )晶体或周期极化非线性晶体进行多倍频变换。上述的准直和聚焦系统，采用石英非球面镜聚焦光学系统，实现紫外激光的准直和聚焦。本专利技术的优点在于(1)用于微加工的高功率紫外飞秒激光系统是基于大模场光子晶体光纤锁模激光放大系统，它与目前采用的准分子激光器和钛宝石激光系统相比体积小，结构简单，稳定性好，运行费用低；与DPSS倍频激光器相比，具有光束质量高、脉宽窄和高功率的优点。( 2 )具有高重复频率是本专利技术的另一个主要优势。从微加工的质量上讲，激光脉冲的重复频率越高，加工的图案就越平滑，即加工的质量高。现有脉冲激光加工机的重复频率最高在几十千赫兹，而本专利技术的激光加工系统的重复频率在1 一 100兆赫兹量级，这是一个明显的创新。( 3 )使用保偏光子晶体光纤，以保持激光束的偏振特性，是该激光系统抗环境干扰能力大大提高和便于偏振控制。附图说明图1为本专利技术的高重复频率光子晶体光纤紫外超短脉冲激光加工机的结构框图，图中1为光子晶体光纤的或固体的飞秒激光振荡级；2为高功率大模场光子晶体光纤激光放大器；3为激光多倍频器；4为激光准直与聚焦系统；5为精密三维微位移平台；6为计算机控制系统；图2为图1中光子晶体光纤飞秒激光振荡级1的结构示意图，图中1 - 1为振荡级泵浦源；1 - 2为振荡级大模场光子晶体增益光纤；1 - 3为半导体可饱和吸收镜和偏振旋转(NPE )混合锁模器；1 - 4为光栅对或大负色散光纤色散补偿器；图3为图1中高功率大模场光子晶体光纤激光放大器2的结构示意图，图中2 -1偏振法拉第隔离器；2 - 2为放大级大模场光子晶体增益光纤；2 - 3为光栅对或大负色散光纤色散补偿器；2 - 4为放大级泵浦源。具体实施例方式本专利技术的高重复频率光子晶体光纤紫外超短脉冲激光加工机如附图1所示，具体实施例如下激光振荡级为如图2所示的光子晶体光纤激光器，增益介质采用掺％的大模场双包覆保偏光子晶体光纤1 - 2，芯径25微米，NA为0.03，外包层直径250微米，NA 为0.5，长度为3.5m，两端经过塌陷和打磨出斜角直接进行包层泵浦，或焊接上适当长度的SMF，由WDM方式泵浦；振荡级采用IOW的LDl- 1进行单面或双面包层泵浦形式，谐振腔的一端采取半导体可饱和吸收镜和偏振旋转混合器锁模1 - 3以及作为输出端口，在谐振腔的另一端采用光栅对或大负色散光纤色散补偿器1 - 4进行色散补偿和脉冲压缩。振荡级还可页是固体锁模激光器，块状晶体为掺％或Nd的各类晶体、玻璃和陶瓷；锁模方式采取传统孤子、呼吸孤子和自相似脉冲锁模技术或采用半SESA初和NPE 相结合的辅助锁模方式。激光放大级为如图3所示的大模场光子晶体光纤激光放大单级器；增益介质采用掺孔或Er的大模场双包覆保偏光子晶体光纤2 - 2，芯径40微米， NA为0.03，外包层直径270微米，NA为0.6，长度为1.5m，两端经过塌陷和打磨出斜角直接进行包层泵浦，或焊接上适当长度的SMF，由WDM方式泵浦；采用高功率30W 的LD2- 4进行单面或双面包层泵浦形式，在谐振腔的输出端采用光栅对或大负色散光纤色散补偿器2 - 3进行色散补偿和脉冲压缩；整个放大系统采用1 - 3级上述单级放大的方式，增益介质的大模场掺镜光子晶体光纤，各级长度分别为3 -5 m、2 - 3m和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜冲，
申请(专利权)人：大连创达技术交易市场有限公司，
类型：发明
国别省市：