[发明专利]采用液晶光阀整形的激光直写加工系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型加工系统，特别是涉及一种激光直写加工的方法及装置，属于激光加工技术领域。

背景技术

激光直写是将激光聚焦在材料上，通过高温烧蚀，在被加工材料表面加工出所需图案的激光加工技术。现有的激光直写技术通常是通过将激光汇聚到一点实现加工。通过控制汇聚点的精确的、有规律的移动，直写出所需要的图形。但是受到激光烧蚀时间、聚焦点移动速度的影响，这种直写方案的效率低，加工成本高。

液晶光阀作为一种整形器件，能够实现对注入激光束的精确整形。液晶光阀是在两片透明电极基板之间充入10微米左右厚的向列扭转液晶，使液晶分子的长轴在基板间发生90°的扭曲。向列扭转液晶(twisted nematic liquid crystal，TNLC)分子材料没有电压加载时，光经过光阀后偏振态被旋转90°，如果有电压加载在向列扭转液晶上，分子的取向受到外加电场的影响，而通过光的偏振态会沿着分子取向而改变。这就使得外加电压能够精确控制透过光的偏振态。将这一结构放在两个正交的偏振片之间，就可以实现激光振幅的调制。液晶光阀就是由上述整形微元构成的阵列，每个微元的长和宽均在10微米至40微米之间，阵列横向包括紧密排布的1至2048个微元，纵向也可以包括1至2048个微元，这样的一个阵列可以将光束细分成微元数目的子光束，实现对光束的精确调制。通过快速更换加载的整形图形，可以对直写激光的能量(功率)分布进行整形，并且整形的速度可以达到微秒量级。液晶光阀包括透射式和反射式两种。透射式液晶光阀是对入射光束调制并散射和反射不必要的光，在透射方向上形成所需要的图形；反射式液晶光阀是对入射光束调制并散射不必要的光，在反射方向上形成所需要的图形。

微镜阵列(Digital micromirror array)基本结构是用微机电系统控制微小反射镜的反光位置，实现对图形的编码。每一个小镜子可以被控制朝向不同的方向，来调整反射后光的强度和方向。主要参数是每个微元的长和宽均在10微米至40微米之间，旋转时间小于10微秒，最大旋转角度20°，每个微镜阵列横向可以包括紧密排布的1至2048个微元，纵向也可以包括1至2048个微元。

在现有专利中，针对液晶光阀本身专利很多，比如美国专利US005283676A，阐述了一种液晶光阀的结构，主要是针对液晶光阀本身技术方案的保护；统宝光电股份有限公司申请的中国发明专利200410008599.X阐述了一种反射式液晶光阀结构。在激光直写方面，国内外也有一些专利，比如：中芯国际集成电路制造(上海)有限公司的中国专利200610030624.3保护了一种通过齿形反射镜折叠光束进行激光直写的装置及方法。但是在激光直写设备中采用液晶光阀整形在国内外的专利检索中并没有相关的专利，而本发明成功的实现了宽幅高速激光直写加工，能够快速调节来满足复杂图形直写的需求，具有很好的实际应用意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型的激光直写加工技术方案，通过置于系统内部的液晶光阀作为整形器件，实时控制加工光斑的大小，实现对加工槽(孔)的尺寸和侧壁倾角的精确控制。

本发明的目的是这样实现的：

本发明涉及的激光直写技术方案，如图1和图2所示，包括：激光光源1；一个反射镜组2；前整形透镜组3；液晶光阀4；后整形透镜组5；聚焦透镜6；被加工材料7；反射镜或者多面旋转反射镜8。

在所述的技术方案中，所述的激光光源1用来产生加工用的激光。

在所述的技术方案中，所述的反射镜组可以添加在激光直写装置的各个所需的位置，用来将所述的激光光源发出的光进行折转。

在所述的技术方案中，所述的前整形透镜组3用来对所述的激光光源发出的光进行初步整形，使所述的激光光源变成适当直径的平行光束。

在所述的技术方案中，所述的液晶光阀4置于所述的整形透镜组之后，用来对加工激光束进行实时的调制，满足加工需求。

在所述的技术方案中，所述的后整形透镜组5置于所述的液晶光阀之后，用来调整加工激光束的光学参数，满足加工需求。

在所述的技术方案中，所述的反射镜或者多面旋转反射镜8置于所述的后整形透镜组5之后，用来控制加工激光的汇聚位置。

在所述的技术方案中，所述的聚焦透镜6置于所述的反射镜或者多面旋转反射镜8之后，反射泵浦光和受激辐射产生的信号光，汇聚加工激光。

本发明与已有技术相比具有如下的优点：