[发明专利]旋转台式飞秒激光直写方法及装置

权利要求书

1.一种旋转台式飞秒激光直写装置，包括：

飞秒激光源；

激光路径，设置有激光调制器、二维激光扫描振镜和显微物镜，来自飞秒激光源的激光束被激光调制器调制后经过二维激光扫描振镜后经由显微物镜入射到加工件上；

X-Y轴二维平移台以及布置在X-Y轴二维平移台上的旋转台，旋转台的转轴与直写光轴对准，旋转台的台面垂直于直写光轴，加工件固定于所述旋转台的台面上；和

控制器，所述控制器构造成经由激光路径控制入射到加工件上的激光束，以及控制X-Y轴二维平移台以及旋转台的操作，

其中：

所述激光路径包括位于二维激光扫描振镜下游的4f光学系统，4f光学系统由焦距相同的第一透镜和第二透镜构成，第一透镜距离扫描振镜出射轴镜片的光程为第一透镜的一倍焦距，第一透镜与第二透镜间的光程为第一透镜的二倍焦距，第二透镜距离显微物镜入瞳的光程为第一透镜的一倍焦距。

2.根据权利要求1所述的旋转台式飞秒激光直写装置，其中：

所述激光路径还包括位于第二透镜与显微物镜之间的反射镜，自第二透镜射出的激光束经由反射镜反射而入射到显微物镜；

所述旋转台式飞秒激光直写装置还包括照明光源、可见光分光片、图像传感器，其中来自照明光源的可见光经由可见光分光片反射后透射通过反射镜而通过显微物镜入射到加工件上，由加工件反射的可见光通过显微物镜、反射镜、可见光分光片而进入图像传感器。

3.根据权利要求2所述的旋转台式飞秒激光直写装置，其中：

所述控制器还包括显示器，所述控制器与图像传感器通信，以在显示器上显示图像传感器获取的图像。

4.根据权利要求1所述的旋转台式飞秒激光直写装置，其中：

X-Y轴二维平移台采用气浮导轨用于位移引导，利用光栅尺作为位移反馈装置；旋转台采用空气轴承用于旋转引导，利用光电编码器作为角度反馈装置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的旋转台式飞秒激光直写装置，其中：

所述激光路径包括位于二维激光扫描振镜上游的由第一平凸透镜与第二平凸透镜构成的激光光束准直扩束系统，第一平凸透镜与第二平凸透镜的透镜凸面面对激光光束平行传输方向，扩束后的激光光束的直径为显微物镜入瞳直径的1-1.2倍。

6.一种旋转台式飞秒激光直写方法，包括步骤：

提供根据权利要求1-5中任一项所述的旋转台式飞秒激光直写装置；

将加工件固定在旋转台的台面上；

利用旋转台旋转对加工件进行激光回转直写扫描；和

利用二维激光扫描振镜偏转聚焦光斑位置对加工件进行单点直写。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

在扫描半径不小于第一扫描半径时，采用恒定激光功率以设定的恒线速度进行回转直写扫描，其中在不小于第一扫描半径的情况下，旋转台的最高转速能够保证以设定的线速度进行扫描；

在扫描半径小于第一扫描半径且不小于第二扫描半径时，采用恒角速度回转直写扫描，控制器依据角速度对应的线扫描速度调控激光功率，其中第二扫描半径限定了二维激光扫描振镜的最大扫描范围；

在扫描半径小于第二扫描半径时，利用二维激光扫描振镜偏转聚焦光斑位置对加工件进行单点直写。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中：

利用旋转台旋转对加工件进行激光回转直写扫描时，X-Y轴二维平移台平移，其中X轴方向平行于光轴方向，Y轴方向水平且垂直于X轴方向。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其中：

利用旋转台旋转对加工件进行激光回转直写扫描时，对于中心对称的环线结构，采用同心圆的扫描方式；对于中心对称的环带结构，采用螺线的扫描方式对环带内部进行线条填充。

10.根据权利要求6或7所述的方法，其中：

利用旋转台旋转对加工件进行激光回转直写扫描时，采用同心断续弧线扫描方式。