專利名稱：一種可調(diào)深度的印刷模版飛秒激光打孔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛秒激光金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可調(diào)深度的印刷模版飛秒激光打孔裝置。
背景技術(shù)：
由于飛秒激光超短的脈沖作用時間及其與金屬材料獨特的相互作用機制，飛秒激光的金屬加工能夠克服常規(guī)機械加工方法的缺陷，實現(xiàn)金屬材料的高質(zhì)量“冷”加工。較傳統(tǒng)長脈沖激光在微細加工方面具有許多不可比擬的獨特優(yōu)勢孔邊緣熱影響區(qū)域很小、光滑無裂紋、加工能量的低耗性。飛秒激光印刷模版打孔技術(shù)是以聚焦的飛秒激光束進行點掃描來完成的，通常使用透鏡或顯微物鏡對光束聚焦。固定激光焦點不動，通過編程控制待加工樣品的運動，可以制備出任意圖樣的微結(jié)構(gòu)。但是，在對于加工有深度要求的樣品時，傳統(tǒng)飛秒激光通常顯得無能為力。因此，在加工樣品時，如何保持飛秒激光器的性質(zhì)優(yōu)勢，同時使得加工的樣品能滿足印刷模版打孔不同的深度要求，一直是本領(lǐng)域迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)深度的印刷模版飛秒激光打孔裝置，它能滿足對印刷模版打孔的深度可調(diào)要求。本發(fā)明所提出的技術(shù)解決方案是這樣的
一種深度可調(diào)的印刷模版飛秒激光打孔裝置，包括飛秒激光器，沿所述飛秒激光器的輸出光路上依次設(shè)置有第1準直透鏡、固定光闌、第2準直透鏡、可調(diào)光闌、軸棱錐和樣品臺，所述固定光闌、第2準直透鏡、可調(diào)光闌和軸棱錐在傳播方向上的光學(xué)中心重合，所述放置有馬氏體不銹鋼待加工樣品的樣品臺位于所述軸棱錐一側(cè)的無衍射區(qū)域中。從飛秒激光器發(fā)出的飛秒激光通過由第1準直透鏡、固定光闌、第2準直透鏡組成的準直透鏡組得到準直激光，該準直激光經(jīng)過可調(diào)光闌后得到不同功率范圍的準直激光。從準直透鏡組得到的準直激光，通過可調(diào)光闌后，垂直射入軸棱錐的底面上，產(chǎn)生無衍射光束并重新聚焦在樣品臺上的待加工樣品上。本發(fā)明中，準直激光通過可調(diào)光闌時，通過改變可調(diào)光闌的激光通過面積得到不同能量的激光束，從而實現(xiàn)激光束從0到最大輸出可調(diào)功率。本發(fā)明中的軸棱錐，能實現(xiàn)對生成的飛機激光束進行聚焦，并且該聚焦的激光具有長焦深、無衍射的特性。實驗已經(jīng)證實，當一束呈高斯分布的光束依次通過準直透鏡系統(tǒng)和軸棱錐，此時該光束將會在軸棱錐一側(cè)的軸向傳播方向上重新聚焦，并且呈現(xiàn)無衍射光束的特點，即具有較長的焦深以及能量集中在軸向半徑很小的范圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著效果
(1)由于采用了可調(diào)光闌，故可以改變光闌通光面積，獲得不同功率的激光，從而，滿足了激光印刷模版打孔的不同深度要求。
(2)由于采用了激光準直系統(tǒng)與軸棱錐的組合結(jié)構(gòu)，可以使激光聚焦于很小的范圍并具有很高的能量，而且該激光具有長焦深的特點，從而實現(xiàn)對待加工樣品的精確印刷模版打孔。( 3 )由于采用了可調(diào)光闌、激光準直系統(tǒng)和軸棱錐的組合結(jié)構(gòu)，通過改變激光通過光闌通光面積，能獲得不同能量等級的激光，經(jīng)過軸棱錐重新聚焦，該重新聚焦的激光具有無衍射光束在傳播方向上焦深長的特點，因而使激光不會因為通過可調(diào)光闌而造成能量減少，確保了激光印刷模版打孔的準確度。


圖1是本發(fā)明一個實施例的一種可調(diào)深度的印刷模版飛秒激光打孔裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示打孔裝置生成無衍射激光束的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所示的無衍射區(qū)域上A—A橫向截面的光強示意圖。
具體實施例方式通過下面實施例對本發(fā)明作進一步詳細闡述。參見圖1、圖2、圖3所示，一種可調(diào)深度的印刷模版飛秒激光打孔裝置由飛秒激光器1、沿該飛秒激光器1的輸出光路上依次布排的第1準直透鏡2、固定光闌3、第2準直透鏡4、可調(diào)光闌5、軸棱錐6和放有馬氏體不銹鋼待加工樣品的樣品臺7組成。第1準直透鏡2、固定光闌3、第2準直透鏡4組成準直透鏡組。所述固定光闌3、第2準直透鏡4、可調(diào)光闌5和軸棱錐6在傳播方向上的光學(xué)中心重合，并且放有馬氏體不銹鋼待加工樣品的樣品臺7位于軸棱錐6 —側(cè)的無衍射區(qū)域8中。本實施例所以飛秒激光器1的參數(shù)如下脈沖寬度為< lOOfs，中心波長為780— 820nm，重復(fù)頻率為10KHZ，作業(yè)溫度范圍為23°C 士5°C。為了獲得準直激光，由激光變換器產(chǎn)生的激光通過準直光學(xué)系統(tǒng)，其中第1準直透鏡2的左焦點和第2準直透鏡4的右焦點重合。產(chǎn)生的準直激光，通過可調(diào)光闌5后，垂直射入軸棱錐6的底面并重新聚焦在待加工樣品上。產(chǎn)生無衍射激光束的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，在激光束的A—A橫截面上顯示的光強如圖3所示，橫坐標單位為μ m,縱坐標單位為mm。本實施例中，可調(diào)光闌5共分256級，0級時其孔徑最大，第255級時孔徑最小， 軸棱錐夾角Φ為1° 士0.05°。產(chǎn)生的飛秒印刷模版打孔效果，可達到打孔最大直徑為 10 μ m，可調(diào)的打孔深度為0 — ΙΟΟμπι。實際操作表明本發(fā)明的印刷模版飛秒激光打孔裝置的優(yōu)點是，由于采用可調(diào)光闌和軸棱錐的組合結(jié)構(gòu)，不僅獲得了不同功率的激光，保證了激光不會因為通過可調(diào)光闌而發(fā)生能量減少，并且能重新聚焦在馬氏體不銹鋼樣品中直徑很小的待加工區(qū)域上，同時具有較長焦深，0— 250步長的可調(diào)孔徑光闌可以獲得0—250步長可調(diào)能量的激光，從而實現(xiàn)對有不同深度要求的飛秒印刷模版打孔。
權(quán)利要求
1.一種深度可調(diào)的印刷模版飛秒激光打孔裝置，包括飛秒激光器，其特征在于沿所述飛秒激光器的輸出光路上依次設(shè)置有第1準直透鏡、固定光闌、第2準直透鏡、可調(diào)光闌、 軸棱錐和樣品臺，所述固定光闌、第2準直透鏡、可調(diào)光闌和軸棱錐在傳播方向上的光學(xué)中心重合，所述放置有馬氏體不銹鋼待加工樣品的樣品臺位于所述軸棱錐一側(cè)的無衍射區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深度可調(diào)的印刷模版飛秒激光打孔裝置，其特征在于從飛秒激光器發(fā)出的飛秒激光通過由第1準直透鏡、固定光闌、第2準直透鏡組成的準直透鏡組得到準直激光，該準直激光經(jīng)過可調(diào)光闌后得到不同功率范圍的準直激光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深度可調(diào)的印刷模版飛秒激光打孔裝置，其特征在于 從準直透鏡組得到的準直激光，通過可調(diào)光闌后，垂直射入軸棱錐的底面上，產(chǎn)生無衍射光束并重新聚焦在樣品臺上的待加工樣品上。
全文摘要
一種可調(diào)深度的印刷模版飛秒激光打孔裝置，由飛秒激光器及沿該飛秒激光器的輸出光路上依次布排的第1準直透鏡、固定光闌、第2準直透鏡、可調(diào)光闌、軸棱錐和放有馬氏體不銹鋼待加工樣品的樣品臺組成。所述固定光闌、第2準直透鏡、可調(diào)光闌和軸棱錐在傳播方向上的光學(xué)中心重合，并且樣品臺的加工區(qū)域位于軸棱錐一側(cè)的無衍射區(qū)域中。本發(fā)明由于采用可調(diào)光闌和軸棱錐的組合結(jié)構(gòu)，保證了激光重新聚焦在不銹鋼待加工樣品并且具有較長焦深，0—250步長的可調(diào)孔徑光闌可以獲得0—250步長可調(diào)能量的激光，從而實現(xiàn)在印刷模版上實現(xiàn)不同深度打孔。
文檔編號B23K26/38GK102528293SQ20121000730
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者曾常青, 譚伯倫 申請人:廣東省南方彩色制版有限公司