[发明专利]扫描电子显微镜用光阑的紫外激光微加工系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及到光阑，特别是一种应用于扫描电子显微镜中的微孔和小孔光阑的紫外激光微加工系统和方法。

技术背景

目前，各种微孔在飞机、汽车、电子电器、化工、食品、生物医疗等行业中的应用越来越广泛。但是对于一些硬脆材料、合金材料、硬质金属材料以及一些其他高新材料进行百微米甚至十微米量级的微孔加工难度是非常大的。而用来作为扫描电子显微镜的通电子束的光阑，需要在难熔金属钼的薄片上加工出从20μm到300μm范围内多个孔径大小的微孔和小孔。普遍采用机械加工方式对薄钼片进行钻孔加工，这种方式不仅需要消耗昂贵的金刚石钻头，而且很难加工小于300μm的孔径；其它加工技术也可以用来进行加工，但是效率低，成本高，例如电火花加工，用电火花加工需要针对不同孔径制造相对应的电极，而加工电极的难度甚至大于加工微孔和小孔的难度，并且电极也非常容易损坏，成本也极其昂贵。

因此，需要一种能够针对不同孔径光阑尤其是微孔光阑的有效的加工系统、技术和方法。

发明内容

本发明解决的问题是：针对上述的微孔和小孔光阑加工技术的难题，提供一种紫外激光加工扫描电子显微镜用光阑的系统及方法，该系统和方法能够解决孔径在15μm～300μm的各种孔径光阑的加工，该系统和方法具有精度高、速度快以及环保等优点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。包括有紫外激光器1、计算机2、扫描振镜系统3、钼薄片4、夹具5和工作台6。其中，紫外激光器1发出的激光束7水平射入扫描振镜系统3中，经过扫描振镜系统3中的折返镜后光束变为竖直向下，并经扫描振镜系统3中的f-θ聚焦透镜聚焦到通过夹具5固定在工作台6上的厚度在10μm～0.5mm之间的被加工材料钼片4上；紫外激光器1的波长为157nm～390nm，脉冲重复频率的调节范围为1Hz～15KHz。

所述的夹具5包括有可以通过螺钉固定连接的上金属块9和下金属块10，上金属块9置于下金属块10之上，上金属块9与下金属块10在相应位置设置有大小相同、用于激光束通过的中空部分。

使用上述扫描电子显微镜用光阑的紫外激光微加工系统来加工微孔光阑的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)调整工作台5使得被加工材料钼片4上表面位于扫描振镜系统发出的聚焦激光束的焦点位置；

2)打开紫外激光器1和计算机2，用计算机2控制紫外激光器1输出激光7，调整紫外激光器1脉冲重复频率在钼片4上加工微孔；

脉冲重复频率具体调节方法为：

对于要加工孔径在15μm和23μm之间的微孔，激光器脉冲重复频率在200Hz～500Hz之间进行调节；

对于要加工孔径在23μm～27μm之间的微孔，激光器脉冲重复频率在500Hz～1500Hz之间进行调节；

对于要加工孔径在27μm～32μm之间的微孔，激光器脉冲重复频率在1500Hz～5000Hz之间进行加工。

使用上述扫描电子显微镜用光阑的紫外激光微加工系统来加工微孔光阑的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)调整工作台5使得被加工材料钼片4上表面位于扫描振镜系统发出的聚焦激光束的焦点位置；

2)打开紫外激光器1和计算机2，用计算机2控制紫外激光器1输出激光7，设定激光脉冲重复频率500Hz，调整离焦量来加工微孔；

离焦量的具体调节方法为：

对于要加工孔径在23μm和30μm之间的微孔，离焦量的调节范围为0mm～1mm；

对于要加工孔径在30μm和50μm之间的微孔，离焦量的调节范围为1mm～2.5mm。

上述两种加工方法均为微钻孔加工方法，可以加工孔径在15μm～50μm的微孔，所谓的微钻孔是指保持光与工作台不动，使得激光在某一位置持续脉冲加工得到微孔。

使用上述扫描电子显微镜用光阑的紫外激光微加工系统来加工微孔光阑的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)调整工作台5使得被加工材料钼片4上表面位于扫描振镜系统发出的聚焦激光束的焦点位置；

2)打开计算机2，并在扫描振镜系统3的控制软件中绘制所要加工的各个小孔孔径大小；

3)打开紫外激光器1调整激光器的脉冲重复频率和振镜控制软件的扫描速度对绘制的各小孔进行激光切孔，得到各种孔径的光阑；

所述的脉冲重复频率在500～5000之间进行调节；

所述的扫描速度可以在0.01mm·s-1～10mm·s-1之间调节。