[发明专利]时空频整形飞秒激光的半球谐振陀螺基座电极刻型方法

权利要求书

1.时空频整形飞秒激光的半球谐振陀螺基座电极刻型方法，其特征在于：飞秒激光经过脉冲时间整形器(8)、空间光整形器(9)、倍频晶体(10)，即经过时空频整形后用于半球谐振陀螺基座电极刻型，实现高精度、低应力、低粗糙度的电极加工，以匹配惯性导航器件低电容偏差值、低噪声的应用需求。

2.如权利要求1所述的时空频整形飞秒激光的半球谐振陀螺基座电极刻型方法，其特征在于：通过飞秒激光脉冲时间整形器(8)，将原始的单脉冲飞秒激光在时域上整形为子脉冲数、子脉冲能量比及子脉冲间隔精确调节的脉冲序列，实现对材料电子动态的调控，从而对激光-材料相互作用过程中热物理性质包括电子温度、晶格温度的调控，进而调控材料热膨胀过程，抑制材料基底烧蚀和热弹性应力，实现电极刻型低基底损伤、低应力加工。

3.如权利要求2所述的时空频整形飞秒激光的半球谐振陀螺基座电极刻型方法，其特征在于：通过空间光整形器(9)，将原始的高斯脉冲在空间上整形为圆形平顶分布，克服周期性加工造成的边缘凸起，改善电极刻型边缘质量，同时匀化基底烧蚀，实现电极低基底粗糙度加工。

4.如权利要求3所述的时空频整形飞秒激光的半球谐振陀螺基座电极刻型方法，其特征在于：通过频域整形系统，将原始波长激光倍频调制，使激光能量主要沉积于电极层，降低电极刻型中基底烧蚀程度；采用时空频整形飞秒激光，实现半球谐振陀螺基座电极高精度、低应力及低损伤加工，提升电极刻型构件的综合性能。

5.时空频整形飞秒激光的半球谐振陀螺基座电极刻型加工系统，用于实现如权利要求1、2、3或4所述的基于时空频整形飞秒激光的半球谐振陀螺基座电极刻型方法，其特征在于，包括飞秒激光加工子系统、脉冲时间整形器(8)、空间光整形器(9)、频域整形子系统、成像子系统、计算机控制系统(19)和高精度五轴平移台(15)；

其中，飞秒激光加工子系统，用于对半球谐振陀螺基座电极(14)进行图案化加工；飞秒激光加工子系统包括飞秒激光器(1)、第一光阑(2)、电控快门(3)、半波片(4)、格兰泰勒棱镜(5)、衰减盘(6)、第二光阑(7)、二向色镜(11)、物镜(13)；飞秒激光脉冲依次经过上述部件后，到达半球谐振陀螺基座电极(14)的表面，对半球谐振陀螺基座电极(14)进行图案化加工；

脉冲时间整形器(8)，用于将原始的单脉冲飞秒激光在时域上整形为子脉冲数、子脉冲能量比及子脉冲间隔精确调节的脉冲序列，脉冲时间整形器(8)位于第二光阑(7)的后面；

空间光整形器(9)，用于将原始的高斯脉冲在空间上整形为圆形平顶分布，空间光整形器(9)位于脉冲时间整形器(8)的后面；

频域整形子系统，用于调制飞秒激光器(1)产生的飞秒激光脉冲的中心波长，其中包括倍频晶体(10)和带通滤光片(12)；其中，倍频波长激光由倍频晶体(10)对原始飞秒激光频域整形得到，带通滤光片(12)用于去除经过倍频晶体(10)后混合波长光束中原始激光波长成分；

成像子系统，用于在线观测半球谐振陀螺基座电极(14)加工表面形貌，包括分束镜(16)、照明光源(17)和电荷耦合器件(18)，其中，照明光源(17)用于提供成像光源并辐照至半球谐振陀螺基座电极(14)表面，反射光经由分束镜(16)将图像信息耦合到电荷耦合器件(18)；

高精度五轴平移台(15)，其运动精度为200纳米，用于承载半球谐振陀螺基座电极(14)，精确地控制飞秒激光在样品表面加工位置，其与成像子系统配合使用，用于半球谐振陀螺基座电极(14)加工结果的实时观测；

计算机控制系统(19)，用于协同控制整个系统的飞秒激光脉冲时域整形、飞秒激光脉冲空域整形、飞秒激光脉冲频域整形、飞秒激光加工过程、飞秒激光加工过程的观测以及平移台的移动；

上述组成部件之间的位置及连接关系为：

计算机控制系统(19)与飞秒激光器(1)、电控快门(3)、脉冲时间整形器(8)、空间光整形器(9)、高精度五轴平移台(15)和电荷耦合器件(18)相连；

飞秒激光加工子系统产生的脉冲飞秒激光，传播至脉冲时间整形器(8)；

飞秒激光经脉冲时间整形器(8)后，经由空间光整形器(9)、频域整形子系统，通过物镜(13)聚焦后向下传播至半球谐振陀螺基座电极(14)表面；

半球谐振陀螺基座电极(14)在照明光源照射下产生的白光向上反射，进入成像子系统中的电荷耦合器件(18)，实现对加工结果的实时观测。