[发明专利]纳秒激光诱导等离子体复合飞秒激光加工装置及加工方法

说明书

本发明公开了纳秒激光诱导等离子体复合飞秒激光加工装置及加工方法，加工装置包括飞秒激光器、纳秒激光器、聚焦透镜、透明工件、抛光靶材、工作台和夹具；该抛光靶材装设在工作台上，该透明工件装设在夹具且透明工件和抛光靶材上下布置；该纳秒激光器发出纳秒激光，该纳秒激光经聚焦透镜、透明工件聚焦轰击抛光靶材以产生金属等离子体团，金属等离子体团转移至透明工件背面并反射刻蚀透明工件正面以出现石墨化刻蚀；该飞秒激光器发出飞秒激光，该飞秒激光经聚焦透镜聚焦于透明工件并去除出现的石墨化刻蚀。它具有如下优点：在微纳制造领域应用前景巨大，实现工业上的高精密加工质量需求，解决透明硬脆材料工件的加工难题。

技术领域

本发明涉及高效精密加工方法技术领域，尤其涉及一种纳秒激光诱导等离子体耦合飞秒激光加工透明硬脆材料的装置及方法。

背景技术

由于工业领域对一些高精密零部件的特殊需求，一些零部件往往具有精密的形状与各种各样的尺寸，飞秒加工质量高，但是加工效率低，且用传统的刀具切削方法需要多道工序，加工工步过多导致加工效率低下。因此，加工这些精密的高质量外形结构成为了一个加工难题。

透明硬脆材料往往具有高硬度、脆性大、低断裂韧性等特性，材料的弹性极限和强度非常接近，属于难加工材料，其加工表面易产生微裂纹、亚表面损伤层等缺陷，而且透明硬脆材料导热性差，热影响区的温度梯度高，在加工过程中容易产生热裂纹。采用传统的透明硬脆材料加工方法，如切割、研磨和抛光都会在工件表面产生裂纹和凹坑，而且加工精度和效率较低，远不能满足材料高精密加工的需求。

随着激光器不断发展，超短脉冲激光精细加工技术愈发成熟，其可实现超细微加工(亚微米至纳米量级)，可实现透明材料内部精密三维加工，且热影响小，加工材料范围广。通过超短脉冲激光加工的微结构加工质量同长脉冲激光对比有很大程度的提升，但是其加工成本昂贵，完全实现冷加工时加工速度亦不高。

聚焦离子束加工技术曾因为其高分辨率加工特点，被看成最有潜力微纳加工手段。但是其单点加工方式低下的加工效率严重阻碍了发展，而且加工过程中需要真空环境，成本较高，加工表面质量有限，工艺昂贵，耗时多，所以其在现阶段都没有作为微纳加工手段而得到工业上的广泛运用。

发明内容

本发明提供了纳秒激光诱导等离子体复合飞秒激光加工装置及加工方法，其克服了背景技术中所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：纳秒激光诱导等离子体复合飞秒激光加工装置，包括飞秒激光器(2)、纳秒激光器(3)、聚焦透镜(5)、透明工件(6)、抛光靶材(8)、工作台(9)和夹具(10)；该抛光靶材(8)装设在工作台(9)上，该透明工件(6)装设在夹具(10)且透明工件(6)和抛光靶材(8)上下布置；该纳秒激光器(3)发出纳秒激光，该纳秒激光经聚焦透镜(5)、透明工件(6)聚焦轰击抛光靶材(8)以产生金属等离子体团，金属等离子体团转移至透明工件(6)背面，纳秒激光反射刻蚀透明工件(6)正面以出现石墨化刻蚀；该飞秒激光器(2)发出飞秒激光，该飞秒激光经聚焦透镜(5)聚焦于透明工件(6)并去除出现的石墨化刻蚀。

一实施例之中：还包括扫描振镜(4)，该飞秒激光和纳秒激光都经扫描振镜(4)照射至聚焦透镜(5)。

一实施例之中：还包括电脑控制系统(1)和脉冲信号协调发生器(11)，该电脑控制系统(1)连接脉冲信号协调发生器(11)，该脉冲信号协调发生器(11)连接飞秒激光器(2)和纳秒激光器(3)。

一实施例之中：该工作台(9)为可升降工作台，该夹具(10)为可升降夹具(10)且设直线电机，通过直线电机控制夹具(10)升降。

一实施例之中：还包括电脑控制系统(1)和相机(7)，该电脑控制系统(1)连接相机(7)、工作台(9)和夹具(10)，依据相机(7)拍摄的抛光靶材(8)和透明工件(6)之间隙分布变化情况调整工作台(9)和夹具(10)中至少之一位置，保证抛光靶材(8)和透明工件(6)之间隙为定值以使聚焦焦点始终在抛光靶材(8)上。