[发明专利]一种子脉冲时间间隔可调的激光脉冲序列硅孔加工系统

说明书

本发明公开了一种子脉冲时间间隔可调的激光脉冲序列硅孔加工系统，其特点是采用法布里珀罗腔与光源输入单元、样品加工单元和同轴监测单元组成的硅孔加工系统，产生子脉冲时间间隔在1~3500 ps范围内连续可调的脉冲序列，实现对喷出物质的二次烧蚀的硅孔加工，所述光源输入单元由激光器与圆形渐变中性滤光片、偏振分束立方、四分之一波片连接的光路构成；所述样品加工单元由反射镜和物镜连接的光路与三维平移台组成；所述同轴监测单元由分束镜和白光光源连接的光路与CCD相机组成。本发明与现有技术相比具有精准控制后续子脉冲到达样品表面的时间，实现对喷出物质的二次烧蚀，减少孔周围的重熔物质堆积，提高加工质量。

技术领域

本发明涉及超快激光加工技术领域，具体的说是一种子脉冲时间间隔可调的激光脉冲序列的硅孔加工系统。

背景技术

飞秒激光以超快、超强的特点著称，其具有分辨率高、热效应小、高度灵活等优点，在工业上可满足高质量、高精度加工的需求。激光加工制造技术发展之迅速，致使其在激光打孔、激光表面改性、激光増材制造、激光焊接、激光切割等方面有着不可取代的优越性。较低脉冲能量的飞秒激光在加工品质上可以满足工业要求，但相应的低加工效率大大限制了在生产中应用。而使用能流密度远超烧蚀阈值的高能量飞秒激光时，虽然加工效率有所提高，但与此同时激光导致的热影响区扩大、重熔物质增多，烧蚀喷出物沉积对基片造成损伤和污染，烧蚀的精确性和平整性明显下降。

现有技术的高能量飞秒激光加工的品质无法保证，加工品质的下降导致一系列重要的应用问题，比如制造业中核心元器件的性能和寿命会受到影响，制药领域中微纳尺度下的化学反应动力学无法精确控制，安全性和效率难以保证，医疗美容产业中烧蚀点位周围的正常组织和皮肤易被“误伤”等。

发明内容

本发明公开了一种子脉冲时间间隔可调的激光脉冲序列硅孔加工系统，采用调控法布里珀罗腔中一对平行的零锥度分束片的间距，产生子脉冲时间间隔在Δt = 1~3500ps范围内连续可调的脉冲序列，精准控制后续子脉冲到达样品表面的时间，从而优化烧蚀的动力学过程，实现对喷出物质的二次烧蚀，减少孔周围的重熔物质堆积，减少喷出物沉积对样品表面的污染和损伤，进一步提高硅孔表面的加工质量。

实现本发明目的的具体技术方案是：一种子脉冲时间间隔可调的激光脉冲序列硅孔加工系统，其特点是采用法布里珀罗腔与光源输入单元、样品加工单元和同轴监测单元组成的硅孔加工系统，产生子脉冲时间间隔在Δt = 1~3500 ps范围内连续可调的脉冲序列，精准控制后续子脉冲到达硅片表面的时间，实现对喷出物质进行二次烧蚀的硅孔加工，所述光源输入单元由激光器与圆形渐变中性滤光片、偏振分束立方、四分之一波片依次连接的光路构成；所述法布里珀罗腔由一对平行设置的零锥度第一分束片和第二分束片组成；所述第二分束片设置在一维电控平移台上；所述样品加工单元由反射镜和物镜连接的光路与三维平移台组成；所述同轴监测单元由分束镜和白光光源依次连接的光路与CCD相机组成；所述激光器发出的激光经圆形渐变中性滤光片的功率调控后通过偏振分束立方和四分之一波片进入法布里珀罗腔，形成能量递减的脉冲序列由第二分束片通过反射镜和物镜连接的光路，将激光束汇聚在三维平移台上的硅片表面进行微孔加工；所述白光光源由分束镜通过反射镜和物镜到达硅片表面，其反射光沿原路径返回，并由CCD相机进行实时成像，实现硅孔加工过程的同步监测和校正。

所述偏振分束立方四分之一波片构成光隔离器，用于防止反射光返回激光器造成可能的损伤，输出圆偏振光；所述法布里珀罗腔，由一对平行的零锥度第一分束片和第二分束片组成，第一分束片固定在一维电控平移台上，通过调节第二分束片在一维电控平移台上的位置改变第一分束片和第二分束片的距离，激光脉冲的部分能量在法布里珀罗腔内来回反射，在第二分束片后形成能量递减的脉冲序列，脉冲序列的子脉冲时间间隔可灵活调节；所述脉冲序列经反射镜、物镜汇聚于三维平移台上的样品硅片表面；所述白光光源、分束镜和CCD相机构成实时成像系统，可对加工过程进行同步监测和校正。

本发明与现有技术相比具有以下有益技术效果和优点：