CN101323053A - 飞秒激光微球打孔方法和装置 - Google Patents

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马洪良
郭青天
马宁华
叶果
钟敏建
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Abstract

本发明涉及一种飞秒激光在微球上精密打孔方法和装置。本方法是利用飞秒激光，用中性滤色片连续调节激光能量，用显微物镜将激光聚焦到微球上，用快门控制飞秒激光个数，用三维精密平台调整微球三维位置，从而实现在不同材料的微球上加工1～100微米的圆孔。本装置是飞秒激光器系统产生的飞秒激光依次经两个反射镜、准直透镜、光阑、准直透镜、中性滤色片、计算机控制的快门、双色反射镜和显微物镜后，聚焦到搁置在计算机控制的三维精密平台上的微球。加工微球上的圆孔，偏差小于5％。

Description

飞秒激光微球打孔方法和装置
技术领域
本发明涉及一种飞秒激光在微球上精密打孔方法和装置，属飞秒激光应用技术领域。
背景技术
飞秒激光在不同领域内获得广泛应用，特别在精密微加工方面有广泛的应用背景。本发明为设计一种特殊加工方式，即利用飞秒激光在不同材料微球上精密打孔的方法和装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种飞秒激光在微球上精密打孔装置和方法。
为达到上述目的，本发明的构思是：利用飞秒激光器系统，其波长为800nm，脉冲宽度为120fs，重复频率为250KHz的飞秒激光；从激光器再生放大器中发出激光的脉冲最大能量为6μJ，光强分布为高斯分布的线偏振光；利用中性滤色片连续调节激光能量，利用20倍显微物镜将激光聚焦到待加工微球样品表面，用快门控制飞秒激光个数。对于壁厚小于20微米的微球，需要加工的孔径小于10微米时，通过控制飞秒激光的能量和辐照脉冲个数来实现；需要加工的孔径是几十微米，精密平台在X/Y轴方向以正多边形移动实现。对于壁厚20微米的微球，需要控制精密平台沿Z轴方向以10-50μm/S移动来实现精密打孔。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种飞秒激光在微球上精密打孔方法，包括利用飞秒激光系统产生飞秒激光，从激光器再生放大器中发出激光的光强分布为高斯分布的线偏振光，其特征在于：
(1)利用中性滤色片连续调节激光能量；
(2)利用显微物镜将激光聚焦到待加工微球表面；
(3)用快门控制飞秒激光个数；
(4)控制搁置待加工微球的三维精密平台沿X/Y/Z三个方向移动，从而实现在微球上加工孔径为1微米到100微米的圆孔。
上述飞秒激光系统产生的飞秒激光，其波长为800nm，脉冲宽度为120fs，重复频率为250KHz，从激光器再生放大器中发出的激光的脉冲最大能量为6μJ.
上述显微镜为20倍显微镜。
上述快门由计算机控制其启闭。
上述三维精密平台由计算机控制其三维移动。
一种飞秒激光在微球上精密打孔装置，应用于上述打孔方法，包括一个飞秒激光系统和一个搁置待加工微球的计算机控制三维精密平台，其特征在于所述飞秒激光器系统产生的飞秒激光依次经两个反射镜、准直透镜、光阑、准直透镜、中性滤色片、计算机控制的快门、双色反射镜和显微物镜后，聚焦到所述待加工微球上。
上述快门出来的飞秒激光经双色反射镜透射的一路激光经一个CCD摄像拍摄后输送至数据采集系统。
上述飞秒激光器系统采用美国相干公司出品的RegA90000型激光器，激光波长为800nm，脉冲宽度为120fs，重复频率为250KHz飞秒激光，脉冲最大能量为6μJ，光强分布为高斯分布的线偏振光。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实出实质性特点和显著优点：
本发明利用飞秒激光，用中性滤色片连续调节激光能量，用显微物镜聚焦到待加工微球表面，用快门控制飞秒激光个数，用三维精密平台三维调节待加工微球位置，从而能在不同材料的微球上加工1～100微米的圆孔，偏差小于5％。
附图说明
图1是本发明的飞秒激光在微球上精密打孔装置的系统结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例结合附图说明如下：
参见图1，本飞秒激光在微球上精密打孔装置，包括一个飞秒激光器系统1和一个搁置待加工微球11的计算机控制三维精密平台12，飞秒激光器系统1产生的飞秒激光依次经两个反射镜2、3、准直透镜4、光阑6、准直透镜5、中性滤光片7、计算机控制的快门8、双色反射镜9和显微镜10后，聚焦到待加工微球10上。
快门8出来的飞秒激光经双色反射镜9透射的一路激光经一个CCD摄像拍摄后输送至数据采集系统14。
飞秒激光系统1采用美国相干公司出品的RegA90000型激光器，激光波长为800nm，脉冲宽度为120fs，重复频率为250KHz飞秒激光，脉冲最大能量为6μJ，光强分布为高斯分布的线偏振光。
本发明实施例以玻璃微球和聚合物微球为试验样品：
试验样品为玻璃微球，外径尺寸300微米，壁厚15微米：按前述方式飞秒激光系统装置进行加工。所采用的激光能量为200J/cm2；加工孔径尺寸从1微米到100微米，偏差小于2％。
试验为聚合物微球，外径尺寸280微米，壁厚12-25微米；按前述方式飞秒激光系统装置进行加工。激光能量为5J/cm2，加工孔径尺寸从1微米到100微米，偏差小于5％。

Claims (8)

1、一种飞秒激光在微球上精密打孔方法，包括利用飞秒激光系统产生飞秒激光，从激光器再生放大器中发出激光的光强分布为高斯分布的线偏振光，其特征在于：
a.利用中性滤色片连续调节激光能量；
b.利用显微物镜将激光聚焦到待加工微球表面；
c.用快门控制飞秒激光个数；
d.控制搁置待加工微球的三维精密平台沿X/Y/Z三个方向移动，从而实现在微球上加工孔径为1微米到100微米的圆孔。
2、根据权利要求1所述的飞秒激光在微球上精密打孔方法，其特征在于所述飞秒激光系统产生的飞秒激光，其波长为800nm，脉冲宽度为120fs，重复频率为250KHz，从激光器再生放大器中发出的激光的脉冲最大能量为6μJ。
3、根据权利要求1所述的飞秒激光在微球上精密打孔方法，其特征在于所述显微镜为20倍显微镜。
4、根据权利要求1所述的飞秒激光在微球上精密打孔方法，其特征在于所述快门由计算机控制其启闭。
5、根据权利要求1所述的飞秒激光在微球上精密打孔方法，其特征在于所述三维精密平台由计算机控制其三维移动。
6、一种飞秒激光在微球上精密打孔装置，应用于根据权利要求1所述的飞秒激光在微球上精密打孔方法，包括一个飞秒激光系统(1)和一个搁置待加工微球(11)的计算机控制三维精密平台(12)，其特征在于所述飞秒激光器系统(1)产生的飞秒激光依次经两个反射镜(2、3)、准直透镜(4)、光阑(6)、准直透镜(5)、中性滤色片(7)、计算机控制的快门(8)、双色反射镜(9)和显微物镜(10)后，聚焦到所述待加工微球(11)上。
7、根据权利要求6所述的飞秒激光在微球上精密打孔方法，其特征在于所述快门(8)出来的飞秒激光经双色反射镜(9)透射的一路激光经一个CCD摄像拍摄后输送至数据采集系统(14)。
8、根据权利要求6所述的飞秒激光在微球上精密打孔方法，其特征在于所述飞秒激光器系统(1)采用美国相干公司出品的RegA90000型激光器，激光波长为800nm，脉冲宽度为120fs，重复频率为250KHz飞秒激光，脉冲最大能量为6μJ，光强分布为高斯分布的线偏振光。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20081217