[发明专利]一种激光加工装置及方法

说明书

本发明提供了一种激光加工装置及方法，所述装置包括：光源、聚焦透镜、测距单元和位置调节单元，其中，光源发出用于加工样品的激光，聚焦透镜用于将所述光源发出的激光聚焦到所述样品，测距单元用于测量所述聚焦透镜到所述样品的距离，位置调节单元用于移动所述样品以调节所述样品与所述聚焦透镜之间的距离。本发明通过采用测距单元确定样品的位移位置，可以避免人眼误差，能够在测距单元的误差范围内提供定焦精度。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体而言，涉及一种激光加工装置及方法。

背景技术

随着上世纪80年代钛宝石飞秒激光器的发明，飞秒激光技术得到了广泛的应用。由于飞秒激光的脉冲时间量级为飞秒，远小于电子热弛豫时间，可以极大地避免普通激光加工中热效应带来的诸多负面影响，是精密加工的理想光源。但是，在实际加工过程中，飞秒激光光斑焦点相对于样品表面的位置会极大地影响精密加工的加工精度，如果样品表面距离激光光斑焦点的位置较远，那么加工精度将快速降低。因此，解决加工过程中的定焦问题是提高飞秒激光加工精度的一个重要途径。

目前典型的定焦方法是成像定焦。先通过调节聚焦透镜位置，找到样品表面扫描宽度最小的点，认为此时样品表面处在聚焦透镜焦点位置。再在聚焦透镜反方向位置上放置一块成像透镜和一个成像CCD，调节成像透镜与聚焦透镜、CCD与成像透镜之间的相对距离，直至CCD上能清晰呈现出样品表面的像，这时可认为样品表面既处在聚焦透镜的焦点位置，也处在成像透镜的成像位置上。更换样品进行扫描加工时，只需调节样品表面的位置，当CCD上能清晰呈现出样品表面像时，即认为样品表面处在聚焦透镜的焦点位置。但是，在使用这种方法定焦时，成像位置存在景深差，即在焦点附近一段区域，CCD上都能成清晰像，无法准确判断焦点位置。经测试，在加工硅片时，若激光功率为200mW，扫描速度为0.49mm/s，离焦50μm造成的扫描线宽差在10μm左右，这在精密加工中会造成极大的加工误差。

发明内容

为了解决激光加工中定焦加工精度差的问题，本发明提供一种激光加工装置及方法。

为了实现上述目的，本发明实施例所提供的技术方案如下所示：

第一方面，本发明实施例提供一种激光加工装置，装置包括：光源、聚焦透镜、测距单元和位置调节单元，其中，光源发出用于加工样品的激光；聚焦透镜用于将所述光源发出的激光聚焦到所述样品；测距单元用于测量所述聚焦透镜到所述样品的距离；以及位置调节单元用于移动所述样品以调节所述样品与所述聚焦透镜之间的距离。

优选地，位置调节单元包括：平移台和位移反馈器，所述平移台用于移动所述样品，所述位移反馈器用于获取所述样品的位移信息以反馈控制所述平移台。

优选地，测距单元包括：激光测距仪和二向色镜，所述激光测距仪用于测量所述聚焦透镜到样品的距离，所述二向色镜用于使所述激光测距仪的测量激光和所述激光的光路重合。

优选地，装置还包括：激光功率调节单元，用于调节加工所述激光的光功率。

优选地，装置还包括：脉冲数调节单元，用于调节所述激光的脉冲数。

优选地，光源包括：飞秒激光器，用于提供时序脉冲光。

第二方面，本发明实施例还提供一种激光加工定焦方法，方法包括：测量步骤，测量待加工样品的当前位置；调节步骤，根据所述当前位置以及用于加工样品的激光的焦点位置，移动所述样品，以使所述样品位于所述焦点位置；以及加工步骤，利用所述激光加工所述样品。

优选地，在所述测量步骤前，所述方法还包括：焦点位置确定步骤，调整所述样品的位置，将所述激光在所述样品上形成的横线最短时的位置作为所述焦点位置。

优选地，在所述调节步骤中，实时采集所述样品移动的距离，以得到实时位移信息；根据所述实时位移信息反馈调整所述样品的当前位置，以使所述样品处于所述焦点位置。