CN112705841B

CN112705841B - 基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统

Info

Publication number: CN112705841B
Application number: CN202011510964.2A
Authority: CN
Inventors: 王学文; 孙楷理; 冯宇哲
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2040-12-18
Also published as: CN112705841A

Abstract

一种基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统，涉及激光微纳加工领域。基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统包括用于发射激光的激光器、用于对激光进行扩束准直的激光光线照射构件、用于支撑加工物的基片及用于接收激光光线照射构件扩束准直激光并引导至加工物的多边形扫描转镜系统，多边形扫描转镜系统包括用于反射激光光线照射构件扩束准直激光的第一扫描振镜、用于反射第一扫描振镜反射激光的第二扫描振镜、用于将第二扫描振镜反射的激光反射至加工物表面的多面镜及用于驱动多面镜旋转的驱动电机。基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统能够满足不同情况下激光加工的要求，对加工物进行超快激光高速微纳加工。

Description

基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统

技术领域

本申请涉及激光微纳加工领域，具体而言，涉及一种基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统。

背景技术

超快激光通常指脉冲宽度短于百皮秒的激光，超快激光微纳加工涉及超快激光技术、显微技术、超高精度定位技术、图形技术、光电材料技术等众多高精尖技术。超快激光微纳加工即通过进行多光子吸收使得原本对光透明的材料发生强烈光吸收，使得激光不仅可以在材料表面加工，同时可以进行内部三维微加工，并且多光子吸收的非线性过程使得其可以进行超越衍射极限的精密加工。超快激光微纳加工具备如下优点：超快激光脉冲脉宽可以抑制激光作用区周围热影响区形成实现高质量微加工；使用超快激光，在等离子体形成前激光辐射结束，提高了加工效率；产生多光子吸收可以对透明材料进行加工和内部改性，并且可以实现亚衍射极限的空间分辨率；加工中不需要掩膜版，通过转镜配合使激光焦点在样品上扫描即可得到三维扫描结构；加工环境条件无需传统微纳加工所需的真空环境。

虽然超快激光微纳加工相比较其他精密加工技术具有显著优点，但是其加工速度慢，效率低的问题严重限制了其大范围产业化应用前景。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统，其能够满足不同情况下激光加工的要求，对加工物进行超快激光高速微纳加工。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统，其包括用于发射激光的激光器、用于对激光进行扩束准直的激光光线照射构件、用于支撑加工物的基片及用于接收激光光线照射构件扩束准直激光并引导至加工物的多边形扫描转镜系统，多边形扫描转镜系统包括用于反射激光光线照射构件扩束准直激光的第一扫描振镜、用于反射第一扫描振镜反射激光的第二扫描振镜、用于将第二扫描振镜反射的激光反射至加工物表面的多面镜及用于驱动多面镜旋转的驱动电机。

在一些可选的实施方案中，基片的底部还连接有平台，平台被配置成可沿垂直于多面镜反射激光方向移动。

在一些可选的实施方案中，激光器被配置成用于发射不同波长的激光。

在一些可选的实施方案中，激光光线照射构件包括至少一个用于调整激光器发射激光的反射镜、至少一组用于将对应反射镜反射激光进行扩束准直的第一透镜组及至少一组将对应第一透镜组扩束准直的激光反射至第一扫描振镜的反射镜组。

在一些可选的实施方案中，加工物和多面镜之间还设有用于聚焦和引导激光的第二透镜组。

在一些可选的实施方案中，多面镜具有旋转轴线及沿旋转轴线周向依次布置的至少三个反射面。

本申请的有益效果是：本实施例提供的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统包括用于发射激光的激光器、用于对激光进行扩束准直的激光光线照射构件、用于支撑加工物的基片及用于接收激光光线照射构件扩束准直激光并引导至加工物的多边形扫描转镜系统，多边形扫描转镜系统包括用于反射激光光线照射构件扩束准直激光的第一扫描振镜、用于反射第一扫描振镜反射激光的第二扫描振镜、用于将第二扫描振镜反射的激光反射至加工物表面的多面镜及用于驱动多面镜旋转的驱动电机。本实施例提供的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统能够满足不同情况下激光加工的要求，对加工物进行超快激光高速微纳加工。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统的结构示意图。

图中：100、激光器；200、激光光线照射构件；210、反射镜；220、第一透镜组；221、第一凸透镜；222、第二凸透镜；230、反射镜组；231、第一反射镜；232、第二反射镜；233、第三反射镜；234、第四反射镜；300、多边形扫描转镜系统；310、第一扫描振镜；320、第二扫描振镜；330、八面镜；340、驱动电机；350、第二透镜组；351、第一凹透镜；352、第三凸透镜；400、基片；500、加工物；600、平台。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合实施例对本申请的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1所示，本申请实施例提供一种基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统，其包括用于发射激光的激光器100、用于对激光进行扩束准直的激光光线照射构件200、用于支撑加工物500的基片400及用于接收激光光线照射构件200扩束准直激光并引导至加工物500的多边形扫描转镜系统300。

其中，激光器100用于发射两条不同波长的激光；激光光线照射构件200包括两个分别用于调整激光器100发射两条激光方向的反射镜210、两组分别用于将两个对应反射镜210反射激光进行扩束准直的第一透镜组220及两组分别用于将两个对应第一透镜组220扩束准直的激光进行反射的反射镜组230，每个第一透镜组220均包括依次布置的第一凸透镜221和第二凸透镜222；一个反射镜组230包括依次布置的第一反射镜231、第二反射镜232和第三反射镜233，另一反射镜组包括依次布置的第四反射镜234、第二反射镜232和第三反射镜233，即两组反射镜组共用第二反射镜232和第三反射镜233。

多边形扫描转镜系统300包括第一扫描振镜310、用于反射第一扫描振镜310反射激光的第二扫描振镜320、用于将第二扫描振镜320反射的激光反射至加工物500表面的八面镜330及用于驱动八面镜330旋转的驱动电机340，第一扫描振镜310用于反射激光光线照射构件200中第三反射镜233反射的两条扩束准直后激光；加工物500和八面镜330之间还设有用于聚焦和引导激光的第二透镜组350，第二透镜组350包括依次布置的第一凹透镜351和第三凸透镜352，八面镜330反射的激光穿过第一凹透镜351中心后经第三凸透镜352反射至第一凹透镜351朝向第三凸透镜352一侧表面，继而被第一凹透镜351反射至基片400上的加工物500表面；基片400的底部还连接有可沿垂直于八面镜330反射激光方向移动的平台600，加工物500为一张表面粗糙生锈的长宽为100×100mm的铜铁合金薄片，八面镜330具有沿驱动电机340输出轴轴线周向依次布置的八个反射面。

本实施例提供的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统通过设置可发射激光束的激光器100，用于对激光器100发射激光进行扩束准直的激光光线照射构件200、用于支撑加工物500的基片400及用于接收激光光线照射构件200扩束准直激光并引导至加工物500的多边形扫描转镜系统300，激光器100发射的激光经激光光线照射构件200内反射镜210反射调整方向后，经过第一凸透镜221和第二凸透镜222组成的第一透镜组220进行扩束准直，随后经过第一反射镜231、第二反射镜232和第三反射镜233组成的反射镜组230反射至多边形扫描转镜系统300的第一扫描振镜310进行反射，第一扫描振镜310反射的激光被第二扫描振镜320反射至八面镜330的一个镜面进一步反射至第二透镜组350进行聚焦和引导，第二透镜组350中的第一凹透镜351和第三凸透镜352组成的第二透镜组350将激光聚焦和引导后照射至基片400上放置的加工物500表面进行加工，作业人员可以通过控制驱动电机340驱动八面镜330旋转和沿垂直于八面镜330反射激光方向移动平台600，从而调整激光和加工物500之间的相对位置以便于调整加工部位。本实施例提供的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统中设置的两个反射镜210、两组第一透镜组220及两组反射镜组230能够将多种不同波长的激光扩束准直后反射至多边形扫描转镜系统300接收。

本实施例提供的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统能用于许多扫描加工系统，例如，可以通过激光对样品表面进行检查，如对半导体器件表面，晶圆表面，电路板表面等缺陷的检查。还可以用于激光清洗，如对等离子膜，航空件表面等清洗难度较高的工件清洗等；还可用于激光转移，激光切割等。

本实施例中的多面镜的镜面可以为三面、四面、五面、六面、七面或八面以上。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims

1.一种基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统，其特征在于，其包括用于发射激光的激光器、用于对激光进行扩束准直的激光光线照射构件、用于支撑加工物的基片及用于接收所述激光光线照射构件扩束准直激光并引导至所述加工物的多边形扫描转镜系统，所述激光器用于发射两条不同波长的激光；所述激光光线照射构件包括两个分别用于调整所述激光器发射两条激光方向的反射镜、两组分别用于将两个对应所述反射镜反射激光进行扩束准直的第一透镜组及两组分别用于将两个对应所述第一透镜组扩束准直的激光进行反射的反射镜组；所述多边形扫描转镜系统包括用于反射所述激光光线照射构件扩束准直激光的第一扫描振镜、用于反射所述第一扫描振镜反射激光的第二扫描振镜、用于将所述第二扫描振镜反射的激光反射至所述加工物表面的多面镜及用于驱动所述多面镜旋转的驱动电机；所述加工物和所述多面镜之间还设有用于聚焦和引导激光的第二透镜组，第二透镜组包括依次布置的第一凹透镜和第三凸透镜。

2.根据权利要求1所述的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统，其特征在于，所述基片的底部还连接有平台，所述平台被配置成可沿垂直于所述多面镜反射激光方向移动。

3.根据权利要求1所述的基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统，其特征在于，所述多面镜具有旋转轴线及沿所述旋转轴线周向依次布置的至少三个反射面。