[发明专利]CO2激光束抛光装置

权利要求书

1.一种CO₂激光束抛光装置，其特征是包括脉冲或连续CO₂激光器及激光能量控制系统(1)、光束整形系统(2)、自动聚焦系统(3)、扫描系统(4)、温控及四维平台联动系统(5)；

所述的脉冲或连续CO₂激光器及激光能量控制系统(1)由连续或者脉冲CO₂激光器光源(1-1)、小孔(1-2)、衰减片(1-3)、快门(1-4)和透镜(1-5)组成，所述的光束整形系统(2)由扩束镜(2-1)、空间光调制器(2-2)、第一双胶合消色差透镜(2-3)、第二双胶合消色差透镜(2-4)、位于该空间光调制器(2-2)傅里叶频谱面上的针孔(2-5)和第一反射镜(2-6)组成，所述的自动聚焦系统(3)由聚焦物镜(3-1)、分光镜(3-2)、离轴二象限信号探测器(3-3)、与该离轴二象限信号探测器(3-3)相连的信号处理器(3-4)、与该信号处理器(3-4)相连的微位移执行器(3-5)组成，所述的扫描系统(4)包括第二反射镜(4-1)、扩束镜(4-2)、f·θ透镜(4-4)以及由X轴可旋转的反光镜(4-3-1)和Y轴可旋转的反光镜(4-3-2)组成的扫描器(4-3)，所述的温控及四维平台联动系统(5)包括四维平台(5-2)、放置在该四维平台(5-2)上的温度控制器(5-1)、以及控制该四维平台(5-2)移动的联动控制系统(5-3)；

上述元件位置关系如下：

所述的脉冲或连续CO₂激光器(1-1)的输出激光依次经过同光轴的小孔(1-2)、衰减片(1-3)、快门(1-4)、透镜(1-5)、扩束镜(2-1)和空间光调制器(2-2)，经该空间光调制器(2-2)反射的光束依次经过同光轴的第一双胶合消色差透镜(2-3)、针孔(2-5)、第二双胶合消色差透镜(2-4)和第一反射镜(2-6)，经该第一反射镜(2-6)反射的光路入射到所述的第二反射镜(4-1)，并被该第二反射镜(4-1)反射，反射光束依次经过竖直方向的同光轴的f·θ透镜(4-4)和扩束镜(4-2)，入射到所述的X轴可旋转的反光镜(4-3-1)，经该X轴可旋转的反光镜(4-3-1)反射，进入Y轴可旋转的反光镜(4-3-2)，经该Y轴可旋转的反光镜(4-3-2)反射，垂直依次进入分光镜(3-2)和聚焦物镜(3-1)，该聚焦物镜(3-1)将光束垂直辐射辐照到放置于所述温度控制器(5-1)的样品上；经样品表面反射，反射光依次经聚焦物镜(3-1)和分光镜(3-2)后，由离轴二象限探测器(3-3)采集，并传输至信号处理器(3-4)，经信号处理器(3-4)运算产生驱动信号，从而驱动微位移执行器(3-5)的上下微动，该驱动微位移执行器(3-5)与聚焦物镜(3-1)相连，从而带动该聚焦物镜(3-1)进行动态的离焦补偿。

2.根据权利要求1所述的CO₂激光束抛光装置，其特征是所述的光束整形系统(2)由扩束镜(2-1)、空间光调制器(2-2)、第一双胶合消色差透镜(2-3)、针孔(2-5)、第二双胶合消色差透镜(2-4)、第一反射镜(2-6)组成，其中所述的空间光调制器(2-2)为可编反射式纯相位液晶空间光调制器，空间光调制器(2-2)、聚焦物镜(3-1)的光瞳面和第一消色差双合透镜(2-3)，第二消色差双合透镜(2-4)组成一个4f系统，位于空间光调制器(2-2)傅里叶频谱面上的针孔(2-5)仅让一级衍射光通过，通过计算机编程动态地改变空间光调制器(2-2)上的相位图，在激光抛光和烧蚀的过程中基于不同面型加工的需要实时进行光束空间整形。

3.根据权利要求1所述CO₂激光束抛光装置，其特征是所述的自动聚焦系统(3)由聚焦物镜(3-1)、分光镜(3-2)、离轴二象限信号探测器(3-3)、信号处理器(3-4)、微位移执行器(3-5)组成，准直光进入物镜(3-1)后，经样品表面反射，依次经过聚焦物镜(3-1)和分光镜(3-2)由离轴二象限探测器(3-3)接受，将两信号做除法运算的结果送入信号处理器(3-4)，并产生微位移执行器的驱动信号，从而驱动微位移执行器(3-5)的上下微动，该驱动微位移执行器(3-5)带动相连的聚焦物镜(3-1)移动进行动态的离焦补偿，离轴二象限探测器(3-3)及其相关光路构成了调焦系统的输入系统，是对系统的离焦信号进行动态监测，微位移执行器(3-5)作为系统补偿的执行机构，以保证系统处于合焦状态。