[发明专利]一种飞秒激光微纳加工装置及其使用方法与应用

说明书

本公开涉及飞秒激光加工领域，具体提供一种飞秒激光微纳加工装置及其使用方法与应用。飞秒激光微纳加工装置包括飞秒激光器、均匀光丝阵列产生系统，三维移动控制装置，所述三维移动控制装置上设置待加工样品固定装置；所述均匀光丝阵列产生系统包括光束匀化装置、微透镜阵列；所述光束匀化装置与飞秒激光器之间的距离能够保证飞秒激光器发射出的飞秒激光呈平行状；所述微透镜阵列排布方向与三维移动控制装置的扫描方向呈一定角度，所述角度能够保证光丝阵列的多加工点可以并排扫描加工。解决现有技术中飞秒激光在复杂曲面上诱导微纳结构，采用单丝往复扫描的方式，加工效率低，耗时长，对设备精度要求高，机器损耗大的问题。

技术领域

本公开涉及飞秒激光加工领域，具体提供一种飞秒激光微纳加工装置及其使用方法与应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

近年来，伴随着超短超强脉冲激光器的出现，其脉冲宽度仅有十几到几百飞秒，经光学聚焦后，就可以得到10¹⁴W/cm²以上的功率密度，高功率光作用于材料上时，受作用材料瞬间气化，对加工区域并没有热影响，所以飞秒激光加工属于一种冷加工技术，在不同条件下制备的微纳结构也不相同，飞秒激光加工技术已经广泛应用于太阳能转化，金属着色，特殊材料的制备如隐形材料，周期性结构，疏水性和亲水性材料等。

在早期利用超短脉冲仅是将在材料放置在焦平面上，飞秒激光直接聚焦加工，焦点光斑大小很难精确的控制，而飞秒激光在材料表面制形成纳结构又对光斑大小有很高的要求，并且加工材料的形貌受到很大局限，要完成复杂的非平面加工，加工成本则大大增加。

现有技术中飞秒激光在非线性介质中形成的细丝便可以解决这些问题，飞秒激光脉冲在非线性效应作用下形成等离子细丝，所形成的等离子细丝直径约为100-200um之间，丝内的电子密度大约为10¹⁴/cm³到10¹⁸/cm³，所形成的细丝的长度超过几个瑞利长度。虽然细丝加工目前已经被报道，但发明人发现，利用单一细丝来完成大面积微纳加工需要几十小时到上百小时，这不仅对飞秒激光的稳定性提出了较高的要求，而且大功率激光器长时间连续运行也对工作物质的使用寿命有影响，这样完成微纳加工成本较高。

发明内容

针对现有技术中飞秒激光在大面积复杂曲面上诱导微纳结构，采用单丝往复扫描的方式，加工效率低，耗时长，对设备精度要求高，机器损耗大的问题。

本公开提出一种飞秒激光微纳加工装置及其使用方法与应用，飞秒激光首先通过光束匀化装置产生强度均匀的平顶光束，后经过微透镜阵列产生均匀分布的光丝阵列，利用匀化的光丝阵列可在介质表面产生n个加工点，光丝阵列排布方向与待加工样品的移动扫描方向呈一定夹角进行扫描加工，这样可以大幅度提升表面微加工加工速率。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种飞秒激光微纳加工装置，包括飞秒激光器、均匀光丝阵列产生系统，三维移动控制装置，所述三维移动控制装置上放置待加工样品；

所述均匀光丝阵列产生系统包括光束匀化装置、微透镜阵列；

所述光束匀化装置与飞秒激光器之间的距离能够保证飞秒激光器发射出的飞秒激光呈平行状。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种飞秒激光微纳加工方法，包括如下步骤：飞秒激光经光束匀化后成为多个平行的光丝，所述光丝阵列排布方向与待加工样品的移动扫描方向呈一定夹角，只需从一侧扫向另一侧，即可完成大面积填充，在待加工材料表面形成微纳米结构。

本公开一个或一些实施方式中，提供上述飞秒激光微纳加工装置或上述飞秒激光微纳加工方法加工得到的产品。

本公开一个或一些实施方式中，提供上述飞秒激光微纳加工装置或上述飞秒激光微纳加工方法在提高飞秒激光微纳加工效率中的应用。