[发明专利]一种可调深度的印刷模版飞秒激光打孔装置

说明书

技术领域

本发明涉及飞秒激光金属加工技术领域，特别涉及一种可调深度的印刷模版飞秒激光打孔装置。

背景技术

由于飞秒激光超短的脉冲作用时间及其与金属材料独特的相互作用机制，飞秒激光的金属加工能够克服常规机械加工方法的缺陷，实现金属材料的高质量“冷”加工。较传统长脉冲激光在微细加工方面具有许多不可比拟的独特优势：孔边缘热影响区域很小、光滑无裂纹、加工能量的低耗性。

飞秒激光印刷模版打孔技术是以聚焦的飞秒激光束进行点扫描来完成的，通常使用透镜或显微物镜对光束聚焦。固定激光焦点不动，通过编程控制待加工样品的运动，可以制备出任意图样的微结构。但是，在对于加工有深度要求的样品时，传统飞秒激光通常显得无能为力。因此，在加工样品时，如何保持飞秒激光器的性质优势，同时使得加工的样品能满足印刷模版打孔不同的深度要求，一直是本领域迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调深度的印刷模版飞秒激光打孔装置，它能满足对印刷模版打孔的深度可调要求。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：

一种深度可调的印刷模版飞秒激光打孔装置，包括飞秒激光器，沿所述飞秒激光器的输出光路上依次设置有第1准直透镜、固定光阑、第2准直透镜、可调光阑、轴棱锥和样品台，所述固定光阑、第2准直透镜、可调光阑和轴棱锥在传播方向上的光学中心重合，所述放置有马氏体不锈钢待加工样品的样品台位于所述轴棱锥一侧的无衍射区域中。

从飞秒激光器发出的飞秒激光通过由第1准直透镜、固定光阑、第2准直透镜组成的准直透镜组得到准直激光，该准直激光经过可调光阑后得到不同功率范围的准直激光。

从准直透镜组得到的准直激光，通过可调光阑后，垂直射入轴棱锥的底面上，产生无衍射光束并重新聚焦在样品台上的待加工样品上。

本发明中，准直激光通过可调光阑时，通过改变可调光阑的激光通过面积得到不同能量的激光束，从而实现激光束从0到最大输出可调功率。

本发明中的轴棱锥，能实现对生成的飞机激光束进行聚焦，并且该聚焦的激光具有长焦深、无衍射的特性。实验已经证实，当一束呈高斯分布的光束依次通过准直透镜系统和轴棱锥，此时该光束将会在轴棱锥一侧的轴向传播方向上重新聚焦，并且呈现无衍射光束的特点，即具有较长的焦深以及能量集中在轴向半径很小的范围。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

（1）由于采用了可调光阑，故可以改变光阑通光面积，获得不同功率的激光，从而，满足了激光印刷模版打孔的不同深度要求。

（2）由于采用了激光准直系统与轴棱锥的组合结构，可以使激光聚焦于很小的范围并具有很高的能量，而且该激光具有长焦深的特点，从而实现对待加工样品的精确印刷模版打孔。

（3）由于采用了可调光阑、激光准直系统和轴棱锥的组合结构，通过改变激光通过光阑通光面积，能获得不同能量等级的激光，经过轴棱锥重新聚焦，该重新聚焦的激光具有无衍射光束在传播方向上焦深长的特点，因而使激光不会因为通过可调光阑而造成能量减少，确保了激光印刷模版打孔的准确度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种可调深度的印刷模版飞秒激光打孔装置的结构示意图。

图2是图1所示打孔装置生成无衍射激光束的结构示意图。

图3是图2所示的无衍射区域上A—A横向截面的光强示意图。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

参见图1、图2、图3所示，一种可调深度的印刷模版飞秒激光打孔装置由飞秒激光器1、沿该飞秒激光器1的输出光路上依次布排的第1准直透镜2、固定光阑3、第2准直透镜4、可调光阑5、轴棱锥6和放有马氏体不锈钢待加工样品的样品台7组成。第1准直透镜2、固定光阑3、第2准直透镜4组成准直透镜组。所述固定光阑3、第2准直透镜4、可调光阑5和轴棱锥6在传播方向上的光学中心重合，并且放有马氏体不锈钢待加工样品的样品台7位于轴棱锥6一侧的无衍射区域8中。

本实施例所以飞秒激光器1的参数如下：脉冲宽度为＜100fs，中心波长为780—820nm，重复频率为10KHZ，作业温度范围为23℃±5℃。为了获得准直激光，由激光变换器产生的激光通过准直光学系统，其中第1准直透镜2的左焦点和第2准直透镜4的右焦点重合。产生的准直激光，通过可调光阑5后，垂直射入轴棱锥6的底面并重新聚焦在待加工样品上。产生无衍射激光束的结构示意图如图2所示，在激光束的A—A横截面上显示的光强如图3所示，横坐标单位为μm，纵坐标单位为mm。