[发明专利]一种高效的硬脆材料的三维微加工方法

权利要求书

1.一种高效的硬脆材料的三维微加工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：待加工样品制备；

首先将待加工样片放置于丙酮中超声清洗1h后取出，依次经过乙醇和去离子水冲洗并吹干，样品制备完成；

步骤二：飞秒激光内部三维改性；

首先，将样品固定在三维加工平台上，平台由三维手动平台、二维振镜电控平台和一维压电位移平台组成；随后，利用样品表面划线扫描的方法确认光斑位置，将飞秒激光聚焦在样品上表面处，然后将预先设计好的加工文件读入加工程序，加工文件由matlab软件编写，采用逐点、逐层扫描的方法进行直写加工；扫描的方式为自下而上的壳层扫描，以确保已扫描的部分不会影响后续扫描时激光的光场；

步骤二中的壳层扫描是指仅对减材加工中的待去除体积的外部轮廓进行扫描；

步骤三：样品刻蚀；

具体步骤为：首先，将步骤二加工得到的样品用丙酮、酒精以及去离子水的顺序清洁，用来清理加工之后残留的碎屑；随后将样品放入加热的腐蚀溶液中，腐蚀完成后将酸溶液自然降温至室温后再将样品取出，用去离子水反复冲洗样品表面的酸溶液，然后将洗净后的样品先经过丙酮溶液再用乙醇溶液最后用去离子水各超声处理5分钟，最后用烘干机烘干或用洗耳球吹干；超声刻蚀后的样品表面洁净，实现了表面光滑、三维可设计的微光学元件。

2.如权利要求1所述的一种高效的硬脆材料的三维微加工方法，其特征在于，步骤二中的壳层是指待去除体积的外表面向内深度为200nm-5000nm的轮廓区域。

3.如权利要求1所述的一种高效的硬脆材料的三维微加工方法，其特征在于，步骤一中所述的待加工样片为透明蓝宝石片。

4.如权利要求1所述的一种高效的硬脆材料的三维微加工方法，其特征在于，步骤二中的二维振镜加工系统包括石英第一凹透镜L1、石英第二凸透镜L2、石英第三凹透镜L3、石英第四凸透镜L4、石英第四凸透镜L5、第一全反射镜M1、第二全反射镜M2、高速振镜G、图像传感器CCD及物镜O；激光器出射飞秒激光依次经过再经第一凹透镜L1和第二凸透镜L2扩束，将光斑扩大4倍，再经过第一全反射镜M1；然后，光束经过高速振镜G，再经第三凸透镜L3和第四凸透镜L4组成的4f系统；随后，光束经第二全反射镜M2到达物镜O处；另外，汞灯光源依次经加工样品、物镜O、第二全反射镜M2和凸透镜L5后到达图像传感器C处。

5.如权利要求1所述的一种高效的硬脆材料的三维微加工方法，其特征在于，步骤二中的三维手动平台X轴和Y轴移动范围为0-10cm，Z轴移动范围0-5cm，精度为10μm，三维电控平台Z轴为压电平台，移动范围为0-100μm，精度为1-10nm，X轴和Y轴由高速振镜控制激光焦点位置来实现，移动精度10-100nm。

6.如权利要求1所述的一种高效的硬脆材料的三维微加工方法，其特征在于，步骤二中的飞秒激光的重复频率为0.1khz-200kHz，脉冲宽度为120fs-280fs；采用的物镜为5-100倍镜头，数值孔径为0.1-0.9；激光烧蚀的单脉冲能量15-2000nJ；激光扫描速度1-100mm/s；加工数据的点间距为50-4000nm，线间距为50-400nm，层间距为50-4000nm。

7.如权利要求1所述的一种高效的硬脆材料的三维微加工方法，其特征在于，步骤三的腐蚀溶液为体积比为3:1-5:1的硫酸溶液和磷酸溶液的混合溶液，加热温度为150-230度，腐蚀时间1-15分钟。