[发明专利]双锥对撞点火中聚合物球冠的飞秒激光加工方法及系统

说明书

本发明涉及激光聚变点火特殊部件的制备工艺技术领域，为双锥对撞点火中聚合物球冠的飞秒激光加工方法及系统，具体工艺包括在钢网基片上的微钢球上沉积生长一层聚合物薄膜；通过移动平台将机器视觉焦点定位在微钢球薄膜表面；将球冠薄膜从微钢球上整体切割下来；通过棉签轻擦将切割后的球冠薄膜从微钢球上剥离；将剥落下来的球冠薄膜平放在载玻片上，利用飞秒激光对球冠边缘进行修饰加工。在保证加工尺寸的前提下，实现双锥靶球冠薄膜的高质量加工，使得球冠质量满足双锥靶的精密配合要求。对球冠加工提出筛选标准，并形成可靠的技术路线，保障了点火测试中球冠样品的高消耗需求，推动了激光可控核聚变的发展研究。

技术领域

本发明涉及激光聚变点火特殊部件的制备工艺技术领域，具体涉及双锥对撞点火中聚合物球冠的飞秒激光加工方法及系统。

背景技术

激光可控核聚变有望彻底解决能源问题，是美欧日中等国家大力投入的研究方向。激光聚变的实现不仅需要对其内禀物理复杂过程有深刻认知，还需要在工程能力上有全面的突破。中国科学院张杰院士提出双锥对撞激光点火方案，为激光聚变研究提供了全新思路。双锥对撞点火中用光锥辐照替代球形辐照，点火靶便由传统的球形靶丸转变为双锥靶，包括金属锥壳和聚合物微球冠。聚变点火要求两者精密配合且中心对称。微球冠是一个直径420微米的球冠状的薄膜，其厚度约为50微米。该球冠的加工存在一些挑战，如高装卡难度，高定位精度，高取样难度，以及高边缘加工精度。本专利旨在开发相关加工工艺，解决这些挑战，制备出高质量的聚合物微球冠。

发明内容

本发明提供了双锥对撞点火中聚合物球冠的飞秒激光加工方法及系统，解决了以上所述的球冠高装卡精度、高定位精度、高取样难度、高边缘加工精度的超高要求的技术问题。

本发明为解决上述技术问题提供了双锥对撞点火中聚合物球冠的飞秒激光加工方法，包括以下步骤：

S1，在钢网基片上的微钢球上沉积生长一层聚合物薄膜；

S2，通过移动平台将机器视觉焦点定位在微钢球薄膜表面；

S3，将球冠薄膜从微钢球上整体切割下来；

S4，通过棉签轻擦将切割后的球冠薄膜从微钢球上剥离；

S5，将剥落下来的球冠薄膜平放在载玻片上，利用飞秒激光对球冠边缘进行修饰加工。

可选的，所述S1具体包括：在钢网基片上阵列固定直径为500微米的微钢球，然后在微钢球上沉积生长一层厚度为50微米的聚合物薄膜。

可选的，所述S2具体包括：将钢网基片固定在加工平台上，利用三维移动平台将机器视觉焦点定位在球顶表面中心。

可选的，所述S3具体包括：整体切割的目标是将球冠薄膜从微球上切割下来，且为了边缘修饰的二次加工有缩进尺寸，切割时的加工直径设为0.44毫米，球冠目标直径为0.42毫米。

可选的，所述切割加工采用的是飞秒激光，所述飞秒激光采用基频光，激光中心波长1028nm，激光重复频率200kHz，脉宽190fs，激光功率500mW，激光衰减通过率100％，每个加工点的脉冲数16，加工速率为1mm/s。

可选的，为减少球冠边缘附着的残留物，用低功率的激光对切割边缘进行热效应冲击驱散处理，具体地，将激光衰减到10％，激光有效作用直径将减小为3微米，重复加工一遍。

可选的，所述S4具体包括：取样时，用蘸有酒精的棉签从侧边绕圈轻擦切割加工后的薄膜样品。

可选的，所述S5具体包括：将剥落下来的球冠薄膜水超声清洗，烘干后转移到载玻片上，准备做边缘修饰的二次加工。

可选的，所述S5修饰加工具体包括：采用衰减通过率10％的低功率激光对边缘进行修饰加工，从外圈向内圈缩进，加工直径由440微米梯度缩减到420微米，缩进梯度为5微米。