一种基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法

本发明涉及激光加工，具体而言，涉及一种基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法。

背景技术：

1、现阶段，飞秒激光刻蚀方法作为一种常见的材料表面微纳加工手段，已经广泛应用于航空航天、国防科技及能源化工等领域。

2、在相关技术中，主要通过高效刻蚀系统采用飞秒激光技术加工微光学元件，其中，高效刻蚀系统主要包括飞秒激光器、激光偏振调整系统、激光反射镜组、反射式物镜和工作台，其中，工作平台上用于安装待加工的工件，激光偏振调整系统用于使得飞秒激光器输出的飞秒激光光束入射到激光发射镜组，而激光发射镜组用于将飞秒激光光束垂直到反射式物镜以及聚焦到工件的表面，以对工件进行激光加工作业。

3、但是由于激光偏振调整系统调整后的激光本身高斯分布引起的分束不均一性，以使得工件材料表面刻蚀存在不均一性，从而严重影响了对工件的激光刻蚀质量。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何有效提高对工件的激光刻蚀质量。

2、为解决上述问题，本发明提供基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，应用于基于激光光束时空调制的高效刻蚀系统，应用于基于激光光束时空调制的高效刻蚀系统包括飞秒激光器、激光偏振调整系统、脉冲整形器、机械快门、第一激光反射镜组、空间光调制器、第二激光反射镜组和工作平台，所述基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法包括如下步骤：

3、s1、控制飞秒激光器输出飞秒激光光束，通过激光偏振调整系统对所述飞秒激光光束进行准直调节；

4、s2、控制脉冲整形器调节所述飞秒激光光束的脉冲延时和能量比参数，以对所述飞秒激光光束进行时域整形，且通过第一激光反射镜组将经过所述脉冲整形器时域整形后的所述飞秒激光光束入射到空间光调制器上；

5、s3、通过所述空间光调制器对所述飞秒激光光束进行空间整形，以形成时空整形飞秒激光脉冲；

6、s4、调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件的表面；

7、s5、控制机械快门的时间和工作平台的运动，以对所述工件(21)进行激光加工作业。

8、可选地，所述激光偏振调整系统包括飞秒半波片和飞秒偏振分光片，所述飞秒激光器、所述飞秒半波片和所述飞秒偏振分光片相对设置；

9、所述通过激光偏振调整系统对所述飞秒激光光束进行准直调节包括：对所述飞秒激光器输出的所述飞秒激光光束进行准直调节，以使出射的所述飞秒激光光束的偏振方向为水平方向。

10、可选地，所述控制脉冲整形器调节所述飞秒激光光束的脉冲延时和能量比参数，以对所述飞秒激光光束进行时域整形包括：

11、所述脉冲整形器用于对经所述激光偏振调整系统准直后的飞秒激光光束进行时域整形；

12、所述通过所述空间光调制器对所述飞秒激光光束进行空间整形，以形成时空整形飞秒激光脉冲包括：

13、所述空间光调制器用于对经所述第一激光反射镜组反射后的所述飞秒激光光束进行空间整形以形成时空整形飞秒激光脉冲。

14、可选地，所述调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件的表面中：

15、所述第一激光反射镜组包括飞秒激光全反射镜和第一平凸透镜，所述飞秒激光全反射镜与所述空间光调制器平行间隔设置，且与水平方向呈夹角设置，所述第一平凸透镜设置于所述飞秒激光全反射镜与所述空间光调制器之间。

16、可选地，所述调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件的表面中：

17、第二激光反射镜组包括可见光透射激光反射镜，所述第二平凸透镜、所述白光光源分别与所述可见光透射激光反射镜相对设置，所述观测系统与所述可见光透射激光反射镜相对设置，用于将观察所述时空整形飞秒激光脉冲是否聚焦到所述工件的表面。

18、可选地，所述控制机械快门的时间和工作平台的运动，以对所述工件进行激光加工作业包括：

19、所述机械快门、所述第一激光反射镜组和所述空间光调制器沿所述飞秒激光器输出的飞秒激光光束方向排列设置，所述机械快门用于控制经所述脉冲整形器时域整形后的所述飞秒激光光束入射到所述空间光调制器上，以产生所述时空整形飞秒激光脉冲。

20、可选地，所述调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件的表面中：

21、所述第二激光反射镜组包括第二平凸透镜和反射式物镜，所述第一平凸透镜的焦距与所述第二平凸透镜的焦距相同，且两者之间的间距为所述焦距的两倍；所述第一平凸透镜与所述空间光调制器之间的间距、以及所述第二平凸透镜和所述反射式物镜之间的间距与所述焦距相等。

22、可选地，所述观测系统包括光学镜头、ccd相机、滤光片和衰减片，所述衰减片、所述滤光片、所述ccd相机和所述光学镜头沿经所述可见光透射激光反射镜反射后的白光方向排列设置。

23、可选地，所述调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件的表面包括：

24、白光光源发出的白光经由可见光透射激光反射镜与飞秒激光脉冲同轴入射并照亮工件表面，部分白光会被工件表面反射，经由反射式物镜、可见光透射激光反射镜，进入光学镜头、ccd相机、滤光片和衰减片；滤光片和衰减片用于将白光转变为ccd相机能够识别并处理的光学信号，并通过光学镜头实时观察飞秒激光脉冲是否聚焦到工件表面；光学快门用于通过或阻断飞秒激光脉冲，防止在调试激光脉冲延迟及能量比的过程中激光经由反射式物镜到达工件表面。

25、与现有技术相比，本发明利用脉冲整形器搭配空间光调制器对飞秒激光光束进行时空调制，有效避免由于激光本身高斯分布引起的分束不均一性，提高材料表面高效刻蚀的均一性与质量，实现高效率高质量的刻蚀加工。本发明方法显著提高飞秒激光加工材料的效率及质量，可广泛应用于微纳光学元件的微细加工，展现出高度可调节性。

技术特征：

1.一种基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，应用于基于激光光束时空调制的高效刻蚀系统，其特征在于，应用于基于激光光束时空调制的高效刻蚀系统包括飞秒激光器(1)、激光偏振调整系统、脉冲整形器(6)、机械快门(7)、第一激光反射镜组、空间光调制器(10)、第二激光反射镜组和工作平台，所述基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，其特征在于，所述激光偏振调整系统包括飞秒半波片(4)和飞秒偏振分光片(5)，所述飞秒激光器(1)、所述飞秒半波片(4)和所述飞秒偏振分光片(5)相对设置；

3.根据权利要求1所述的基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，其特征在于，所述控制脉冲整形器(6)调节所述飞秒激光光束的脉冲延时和能量比参数，以对所述飞秒激光光束进行时域整形包括：

4.根据权利要求1所述的基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，其特征在于，所述调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件(21)的表面中：

5.根据权利要求4所述的基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，其特征在于，所述调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件(21)的表面中：

6.根据权利要求4所述的基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，其特征在于，所述控制机械快门(7)的时间和工作平台的运动，以对所述工件(21)进行激光加工作业包括：

7.根据权利要求5所述的基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，其特征在于，所述调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件(21)的表面中：

8.根据权利要求5所述的基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，其特征在于，所述观测系统包括光学镜头(12)、ccd相机(13)、滤光片(14)和衰减片(15)，所述衰减片(15)、所述滤光片(14)、所述ccd相机(13)和所述光学镜头(12)沿经所述可见光透射激光反射镜(18)反射后的白光方向排列设置。

9.根据权利要求1所述的基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，其特征在于，所述调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件(21)的表面包括：

技术总结
本发明涉及激光加工技术领域，并提供一种基于激光光束时空调制的高效刻蚀方法，控制飞秒激光器输出飞秒激光光束，通过激光偏振调整系统对所述飞秒激光光束进行准直调节；控制脉冲整形器调节所述飞秒激光光束的脉冲延时和能量比参数，以对所述飞秒激光光束进行时域整形，且通过第一激光反射镜组将经过所述脉冲整形器时域整形后的所述飞秒激光光束入射到空间光调制器上；通过所述空间光调制器对所述飞秒激光光束进行空间整形，以形成时空整形飞秒激光脉冲；调整第一激光反射镜组和第二激光反射镜组的空间角度，以将所述时空整形飞秒激光脉冲聚焦到工件的表面；控制机械快门的时间和工作平台的运动，以对所述工件进行激光加工作业。

技术研发人员：杨立军,刘亚楠,丁烨,王联甫
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27