[发明专利]一种超快激光微细加工系统

说明书

技术领域

本申请涉及激光加工领域。

背景技术

自激光器问世以来,人们就开始进行激光与材料相互作用的研究，经过50多年的发展,为了满足不同的需要,各种激光器应运而生并被广泛应用于工业加工和医疗领域。激光波长覆盖几乎红外到极紫外波段,脉冲宽度也减小到几个光周期。

激光加工具有很多优点，如非接触式加工、对环境要求较低、可加工硬脆和致密材料和加工精度高等,在工业加工领域备受青睐。连续和长脉冲激光主要依靠聚焦产生的高温来烧蚀材料，热扩散范围大，加工精度有限；准分子脉冲激光以其较短的波长和脉冲宽度可以实现微米级尺度的精密加工，但它需要用到腐蚀性气体，而且紫外激光对大多数材料不透明，因而使用上受到限制。当前，微制造技术的快速发展向加工尺度和精度提出了挑战——需要将加工精度延伸到亚微米甚至纳米量级，并且实现真正意义上的三维立体微加工。利用超快激光微加工技术有望克服上述传统激光加工技术所面临的各种困难，它可以突破光学微加工方法中由于衍射极限给加工精度带来的限制，并有能力直接在透明材料内部加工出真正的三维微结构。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种能在金属、半导体材料、透明硬脆材料、高温合金工件上进行精细加工的超快激光微细加工系统。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种超快激光微细加工系统，包括机床、控制系统、安装于所述机床上的三维移动平台、安装于所述机床上的激光传输模组、及安装于所述三维移动平台上的加工头模组，所述机床包括底座、及自所述底座一侧向上延伸形成的立柱，所述三维移动平台包括安装于所述底座上的Y轴移动平台、安装于所述Y轴移动平台上的X轴移动平台、及安装于所述立柱一侧位于所述X轴移动平台上方的Z轴移动平台，所述X轴移动平台上设有用于装夹待加工产品的夹具；所述激光传输模组包括超快激光器、扩束器、偏振转化装置、光束整形模块、分光器和光学加工模块，所述光学加工模块安装于所述加工头模组上，所述光学加工模块包括并行设置的旋切光学模组、扫描振镜模组和多光束并行加工模组，所述超快激光器输出的超短脉冲激光束进入所述扩束器后，所述扩束器将超短脉冲激光束处理后传输至偏振转化装置，所述偏振转化装置将线偏振光转化为圆偏振光后传导至所述光束整形模块，所述圆偏振光经过所述光束整形模块将处理后的激光束输出至所述分光器，所述分光器将激光束分为两路输出至两个光学加工模块后对产品进行加工。

优选地，所述底座上设有Y轴导轨，所述Y轴移动平台滑动于所述Y轴导轨上；所述Y轴移动平台上设有X轴导轨，所述X轴移动平台滑动于所述X轴导轨上；所述立柱位于所述X轴移动平台一侧的上方设有Z轴导轨，所述Z轴移动平台滑动于所述Z轴导轨上。

优选地，所述机床还包括设于所述立柱上的支架、及设于所述立柱上端且位于所述三维移动平台上方的支撑板。

优选地，所述Z轴导轨位于所述支撑板与所述X轴移动平台之间，所述Z轴移动平台沿所述Z轴导轨在所述支撑板与所述X轴移动平台之间移动。

优选地，所述激光传输模组安装于所述立柱上的支架与支撑板上。

优选地，所述激光传输模组还包括若干反射镜与聚焦镜，所述反射镜用于改变光束的传导方向，所述聚焦镜安装于所述旋切光学模组下，所述聚焦镜用于将激光束汇聚为高能量密度光斑。

优选地，所述扩束器将激光器输出的直径较小的激光束通过两组光学元件，扩展为直径较大的激光束，实现放大光束直径、缩小光束发散角、降低功率密度以保护光学元件，缩小聚焦光斑直径、提高加工精度的目的。

优选地，所述偏振转化装置将激光器输出的波动形式呈直线分布的激光束转化为波动形式呈圆形或椭圆分布的激光束。

本申请的超块激光微细加工系统通过将三维移动平台、激光传输模组集成于机床上，使系统具有更好的集成性能，可在固体材料(半导体材料、玻璃材料、金属材料陶瓷材料、聚合物材料、非金属材料等)和液体材料(凝胶、金属离子水溶液，光学树脂等有机溶液)等多种材料的平面、斜面、曲面上进行直孔、斜孔、阶梯孔、锥度孔、异形孔、微纳结构、仿生学表面的制备、微连接等微加工，具备钻孔、异型切割、盲槽扫描、刻蚀加工、拼接等多种加工功能。可广泛应用于半导体、电子、汽车、医疗、航空、航天等领域中各类零部件的精细制造，相对于传统激光加工的热扩散严重的特点，具有不可替代的优势。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请超快激光微细加工系统的立体图；