[发明专利]一种用于金属表面抛光的光学装置

说明书

本发明提供的用于金属表面抛光的光学装置，所述飞秒激光光源出射的激光光束依次经所述钒酸钇双折射晶体、所述衰减片及所述聚焦物镜后聚焦于所述三维移动平台上的金属表面，并对所述金属表面进行激光抛光处理，得到光滑的抛光表面，本发明提供的用于金属表面抛光的光学装置，通过控制相关飞秒激光加工参数，来实现金属表面的抛光，相较于现有的机械抛光方法，可实现一次大面积快速抛光和微区抛光，无需砂纸、研磨膏、化学腐蚀剂等辅助材料；且整个加工过程简单易操作，且热效应可忽略，可以实现高精度抛光；同时，由于采用非接触式加工，可以有效避免应力对金属钨样品表面的破坏和沾污等。

技术领域

本发明涉及光学加工技术领域，特别涉及一种用于金属表面抛光的光学装置。

背景技术

金属钨作为一种强度大，硬度高的难熔金属，具有良好的化学稳定性，不易受到腐蚀，同时，只有在1000℃以上才出现氧化物挥发和液相氧化物，所以在冶金、化工、电子、光源、机械工业等部门得到了广泛应用。然而，由于金属钨硬度高，当使用传统的机械研磨抛光方法时，其抛光周期长，抛光精度差、效率低且抛光过程中需要添加多种研磨剂，因此抛光的金属钨制品的价格一般较高，其中抛光成本可占去大半，而目前较为成熟的其他抛光方法中，例如离子束抛光、化学抛光、电解抛光等，通常需要严格的加工环境，并需要污染性的化学试剂作为辅助对样品进行抛光，存在效率低而成本高等缺点。考虑到现有的抛光技术中存在的各种问题，选择和开发一种新的抛光金属表面的抛光方法尤为重要。

激光抛光作为一种新的激光加工应用技术，具有效率高、加工区域可控、无化学污染、非接触式加工等特点，受到到了国内外研究人员的广泛关注。通常地，激光抛光是通过一束聚焦的激光照射在粗糙的金属表面，通过控制激光的能量密度和辐照时间等参数，对金属材料的粗糙表面进行加热，使其温度达到材料的熔沸点，从而形成一层厚度为微米量级的熔融金属层，由于材料本身的表面张力和重力的作用，该金属层会发生流动从而对表面凹陷处进行填补，与此同时，固液界面处的材料以每秒数米的速度凝固，最终获得了较为平整的抛光表面。目前，这种利用激光加热金属表面到达熔融或蒸发的抛光技术已得到深入研究。需要指出的是，这种抛光方法仅适合对热物理性能较好的材料抛光，所用激光光源多为连续和长脉冲激光。

然而当用长脉冲激光抛光钨等金属材料时，会在材料表面产生较多的热效应，使得材料温度梯度大，从而产生较大的热应力而拉扯材料表面而形成裂纹，这种应力损伤导致抛光精度所达到的级别不高，表面粗糙度通常为微米量级。此外，其对金属的抛光效果还受到多种因素影响，包括激光波长、光束入射角、激光扫描速度、扫描方式等，而如何精确控制多种参数使其在金属表面的固定区域内形成合适厚度的熔融金属层还面临很大的挑战。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种简单易控且不损伤金属样品表面的用于金属表面抛光的光学装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于金属表面抛光的光学装置，包括飞秒激光光源、钒酸钇双折射晶体、衰减片、聚焦物镜、三维移动平台及控制计算机，所述三维移动平台上固定有待抛光的金属，所述三维移动平台电性连接所述控制计算机；其中：

所述飞秒激光光源出射的激光光束依次经所述钒酸钇双折射晶体、所述衰减片及所述聚焦物镜后聚焦于所述三维移动平台上的金属表面，并对所述金属表面进行激光抛光处理，得到光滑的抛光表面。

在一些较佳实施例中，所述飞秒激光光源以掺钛蓝宝石激光器产生的啁啾放大脉冲作为加工光源。

在一些较佳实施例中，所述飞秒激光光源为重复频率为1kHz,脉冲宽度为40fs的线偏振飞秒激光。

在一些较佳实施例中，所述钒酸钇双折射晶体的光轴方向与入射的飞秒激光偏振方向具有45°的夹角，经过钒酸钇双折射晶体出射的飞秒激光被调整为共线传输、偏振方向相互垂直、具有固定时间延迟的飞秒激光双脉冲，且双脉冲能量相等。