運(yùn)動工件飛秒激光加工中橢圓運(yùn)動曝光系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于飛秒激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種運(yùn)動工件飛秒激光加工中橢圓運(yùn)動曝光系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]飛秒激光加工技術(shù)主要涉及利用飛秒激光束進(jìn)行工件表面燒蝕、體內(nèi)爆炸、折射率改變、兩光子聚合等加工工藝，不僅可用于制備三維納微結(jié)構(gòu)功能表面器件，還可用于改變材料內(nèi)部性質(zhì)，并可制備體內(nèi)三維納微結(jié)構(gòu)功能器件，在許多重要的工程領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。無論利用飛秒激光束對材料是進(jìn)行去除、改性、還是成形，飛秒激光束作用于工件都必須具有充分的光通量。為了獲得大面積的三維納微結(jié)構(gòu)功能器件，飛秒激光束必須相對于工件作掃描運(yùn)動，或者工件相對于飛秒激光束作進(jìn)給運(yùn)動。
[0003]現(xiàn)有的掃描或進(jìn)給實施，主要涉及兩種基本類型:其一是工件不動，通過一維或二維振鏡偏轉(zhuǎn)飛秒激光束，使飛秒激光束相對于工件作掃描運(yùn)動；其二是激光束不動，裝夾工件的運(yùn)動臺相對于飛秒激光束作平動進(jìn)給運(yùn)動。無論是第一種掃描方法還是第二種進(jìn)給方法，飛秒激光束與工件之間的相互作用主要涉及兩種曝光技術(shù)方案:其一，飛秒激光束與工件之間作點(diǎn)位曝光(Pinpoint exposure)，這要求激光束相對于工件必須在期望的曝光位置處于相對靜止，然而作高速偏轉(zhuǎn)的激光束或快速平動進(jìn)給的運(yùn)動臺在運(yùn)動中迅速停止并穩(wěn)定是十分困難的；其二，激光束與工件之間作連續(xù)曝光(Continuous exposure)，然而為了使得工件材料獲得足夠的光通量，飛秒激光束相對于待加工件的掃描速度必須限定在特定范圍內(nèi)，這限制了加工效率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)提供一種運(yùn)動工件飛秒激光加工中橢圓運(yùn)動曝光系統(tǒng)，以解決裝載飛秒激光束或工件的運(yùn)動臺由于運(yùn)動慣性難以急停的問題，以及避免連續(xù)曝光中飛秒激光束掃描速度或運(yùn)動臺進(jìn)給速度受限于光通量難以提高的問題，從而更好地滿足三維納微結(jié)構(gòu)高效加工的要求。
[0005]本實用新型采取的技術(shù)方案是，飛秒激光器、經(jīng)衰減器、光快門、擴(kuò)束鏡、反射鏡一、光闌、反射鏡二、反射鏡三、分束鏡、聚焦物鏡順序光連接，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和凸透鏡位于分束鏡上方，運(yùn)動臺位于聚焦物鏡的下方，照明光源和反射鏡位于運(yùn)動臺下方，橢圓運(yùn)動工作臺位于運(yùn)動臺上方。
[0006]所述橢圓運(yùn)動工作臺的結(jié)構(gòu)是:側(cè)擋板一通過螺釘三、螺釘四與底板連接，側(cè)擋板二通過螺釘五、螺釘六與底板連接，具有鉸鏈結(jié)構(gòu)的工作臺的固定端一通過螺釘七、螺釘八安裝在側(cè)擋板一之上；固定端二通過螺釘九、螺釘十安裝在側(cè)擋板二之上，X向壓電疊堆一通過預(yù)緊螺釘一與X向驅(qū)動塊頂接，Y向壓電疊堆二通過預(yù)緊螺釘二與Y向驅(qū)動塊頂接，Z向擋塊通過固定螺釘一、固定螺釘二固定在X向驅(qū)動塊上，z向壓電疊堆三安裝在Z向擋塊之上，通過下部預(yù)緊螺釘三與載物臺頂接；x向位移傳感器與X向壓電疊堆一方向一致，安裝在X向壓電疊堆一一側(cè)通孔內(nèi)，由緊固螺釘三固定；Y向位移傳感器與Υ向壓電疊堆二方向一致，安裝在Υ向壓電疊堆二一側(cè)通孔內(nèi)，由緊固螺釘四固定；ζ向位移傳感器與Ζ向壓電疊堆三方向一致，安裝在Ζ向擋塊之上，在Ζ向壓電疊堆三一側(cè)，由緊固螺釘五固定；
[0007]所述具有鉸鏈結(jié)構(gòu)的工作臺由載物臺、X向驅(qū)動塊、Υ向驅(qū)動塊、固定端一、固定端二通過它們之間的柔性鉸鏈連接而成，所述載物臺通過柔性鉸鏈一、柔性鉸鏈二、柔性鉸鏈三、柔性鉸鏈四與X向驅(qū)動塊相接，X向驅(qū)動塊由復(fù)合鉸鏈一、復(fù)合鉸鏈二、復(fù)合鉸鏈三、復(fù)合鉸鏈四與Υ向驅(qū)動塊相連接，復(fù)合鉸鏈一與復(fù)合鉸鏈二相對于主體Υ向中心位置為對稱結(jié)構(gòu)，復(fù)合鉸鏈三與復(fù)合鉸鏈四相對于主體Υ向中心位置為對稱結(jié)構(gòu)；復(fù)合鉸鏈一與復(fù)合鉸鏈二、復(fù)合鉸鏈三與復(fù)合鉸鏈四對稱分布在X向驅(qū)動塊兩端，與Υ向驅(qū)動塊相連接，復(fù)合鉸鏈五與復(fù)合鉸鏈六相對于主體X向中心位置為對稱結(jié)構(gòu)，復(fù)合鉸鏈七與復(fù)合鉸鏈八相對于主體X向中心位置為對稱結(jié)構(gòu)，復(fù)合鉸鏈五與復(fù)合鉸鏈六、復(fù)合鉸鏈七與復(fù)合鉸鏈八對稱分布在Υ向驅(qū)動塊兩端，兩側(cè)分別與固定端一、固定端二相連接；
[0008]所述復(fù)合鉸鏈一、復(fù)合鉸鏈二、復(fù)合鉸鏈三或復(fù)合鉸鏈四分別由四個直梁型鉸鏈?zhǔn)孜蚕噙B組成。
[0009]通過對壓電疊堆一、壓電疊堆二、壓電疊堆三的振幅、頻率和相位的主動控制，實現(xiàn)工作臺在空間中做二維橢圓運(yùn)動或三維橢圓運(yùn)動。
[0010]本實用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，利用所述系統(tǒng)可以在裝夾工件的運(yùn)動臺相對于飛秒激光束的快速進(jìn)給中、對運(yùn)動工件的預(yù)期曝光位置進(jìn)行曝光，不僅可解決裝載飛秒激光束或工件的運(yùn)動臺由于運(yùn)動慣性難以急停的問題，也可避免連續(xù)曝光中飛秒激光束掃描速度或運(yùn)動臺進(jìn)給速度受限于光通量難以提高的問題，從而更好地滿足三維納微結(jié)構(gòu)高效加工的要求。本實用新型在飛秒激光加工中易于實施，可以在工件作快速進(jìn)給的過程中對工件中預(yù)期曝光的位置進(jìn)行高效曝光。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是本實用新型運(yùn)動臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本實用新型橢圓運(yùn)動工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是本實用新型橢圓運(yùn)動工作臺去掉底板后的仰視軸測圖；
[0015]圖5是本實用新型橢圓運(yùn)動工作臺具有柔性鉸鏈的工作臺主體的軸測圖；
[0016]圖6是本實用新型中橢圓運(yùn)動工作臺由偶數(shù)個直梁型鉸鏈?zhǔn)孜蚕噙B組成的復(fù)合鉸鏈對稱分布于受力兩側(cè)的示意圖；
[0017]圖7是本實用新型橢圓運(yùn)動工作臺具有柔性鉸鏈的工作臺主體的俯視圖。
【具體實施方式】
[0018]飛秒激光器1、經(jīng)衰減器3、光快門4、擴(kuò)束鏡5、反射鏡一 6、光闌7、反射鏡二 8、反射鏡三19、分束鏡16、聚焦物鏡15順序光連接，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)18和凸透鏡17位于分束鏡16上方，運(yùn)動臺12位于聚焦物鏡15的下方，照明光源10和反射鏡9位于運(yùn)動臺12下方，橢圓運(yùn)動工作臺2位于運(yùn)動臺12上方。
[0019]所述橢圓運(yùn)動工作臺2的結(jié)構(gòu)是:側(cè)擋板一 201通過螺釘三225、螺釘四227與底板224連接，側(cè)擋板二 214通過螺釘五212、螺