[发明专利]一种飞秒激光加工图案化光致形变交联液晶高分子构件的装置及方法

权利要求书

1.一种飞秒激光加工图案化光致形变交联液晶高分子构件的方法，其特征在于，飞秒激光经过快门元件，光束大小调节、功率调节、光束扩束、爬高、落下、整形、聚焦，形成的聚焦光斑垂直入射到待加工交联液晶高分子薄膜表面，样品相对激光沿设定路径移动，对应路径区域在激光照射下形成切割缝隙，从而获得图案化的交联液晶高分子构件；所述交联液晶高分子薄膜的形变机理基于光化学效应或光热效应；飞秒激光器中心波长为800~1100nm，光场为高斯分布，脉冲宽度为120~140fs，脉冲重复频率为0.8~2kHz，加工功率为15~30mW，电动位移台移动速度为0.10~0.25mm/s；所述交联液晶高分子薄膜厚度为5~30μm；

所述飞秒激光加工图案化光致形变交联液晶高分子构件的装置包括：飞秒激光器以及对待加工交联液晶高分子薄膜实现水平固定的夹持装置以及实现激光图案化路径扫描的三维定位机构；还包括沿光路方向依次设置在飞秒激光器与待加工交联液晶高分子薄膜之间的快门元件、光束调节元件、功率调节元件、扩束元件、光路导向调节系统、衍射光学元件和聚焦元件；经过所述光路导向调节系统，扩束后的激光进行爬高和落下，最后经过所述衍射光学元件和聚焦元件进行整形和聚焦操作后竖直照射至所述待加工交联液晶高分子薄膜顶面；

还包括设置在功率调节元件之后的分束元件及功率测量元件；经过所述分束元件分出的一部分激光被所述功率测量元件采集，另外一部分激光进入所述扩束元件扩束；

所述快门元件选自机械快门或电动快门，用于控制激光光束的通断；所述光束调节元件为光阑，调节后激光的束腰直径为2~3mm；所述功率调节元件选自中性密度衰减片或者光学半波片与偏振片的组合，调节功率调节元件使飞秒激光功率达到样品烧蚀阈值以上；所述扩束元件由两个共焦放置的凸透镜组成，两个凸透镜的焦距分别为40~60mm和80~120mm；所述衍射光学元件为平顶光斑整形器，利用该平顶光斑整形器将出射激光的高斯光斑整形成平顶光斑；

所述夹持装置由两块中心开有孔的铝片组成，所述待加工交联液晶高分子薄膜夹持于两块铝片之间，待加工部分暴露于开孔区域，夹持装置通过双面胶或螺钉固定于三维定位机构上。

2.根据权利要求1所述的飞秒激光加工图案化光致形变交联液晶高分子构件的方法，其特征在于，所述光路导向调节系统包括三个45度放置的全反射镜组合，利用两个45度放置的全反射镜实现光路高度的纵向爬升及水平方向传播，利用另一个45度放置的全反射镜使光路方向改变90度，垂直入射到水平设置的待加工交联液晶高分子薄膜上。

3.根据权利要求1所述的飞秒激光加工图案化光致形变交联液晶高分子构件的方法，其特征在于，所述分束元件为透明玻璃；所述功率测量元件选自光电探测器与示波器的组合或功率计。

4.根据权利要求1所述的飞秒激光加工图案化光致形变交联液晶高分子构件的方法，其特征在于，所述三维定位机构包括：

加工过程中实现待加工交联液晶高分子薄膜水平二维方向移动的二维电动位移台；

以及固定在二维电动位移台上用于激光对焦的一维手动位移台。

5.根据权利要求1所述的飞秒激光加工图案化光致形变交联液晶高分子构件的方法，其特征在于，还包括如下元件：

一个或多个光路导向元件；

用于给样品打光的照明光源；

用于辅助调整样品位置、光学聚焦及对加工过程进行实时监测的工业相机及液晶显示器；

用于控制飞秒激光器出射激光参数的计算机。