CN102357735B - 基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法 - Google Patents
基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102357735B CN102357735B CN201110283637.2A CN201110283637A CN102357735B CN 102357735 B CN102357735 B CN 102357735B CN 201110283637 A CN201110283637 A CN 201110283637A CN 102357735 B CN102357735 B CN 102357735B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- scanning
- hot spot
- laser etching
- dimensional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于可控光束横截面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法，属于激光刻蚀加工技术领域。利用功率剖面分布可控的等效激光加工光斑，与光机扫描振镜配合进行工件表面双重扫描激光加工，可实现复杂三维微结构的激光刻蚀加工。本发明将目前激光刻蚀加工的能力从平面（二维）提升到立体三维任意曲面无遮掩的加工，解决目前1μm～1mm尺度范围内无合适三维微结构加工技术的问题，具有科学和工业实用的潜力。
Description
技术领域
本发明属于激光刻蚀加工技术领域，涉及一种基于新原理的三维复杂结构的激光刻蚀加工方法，尤其涉及一种基于可控光束横截面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法。
背景技术
激光刻蚀加工是指利用激光对工件表面材料进行烧蚀去除的技术。与相对成熟的激光切割、激光焊接比较属于一个新的激光加工领域，是近十年来随着高峰值超短脉冲激光（纳秒、皮秒、飞秒）技术的进步而逐渐发展的一种表面结构微加工技术，其发展最早的一个应用是激光打标。在这种技术中，聚焦激光束在表面扫描，刻蚀出字符和各种图案。从本质上讲是一种平面（二维）的加工技术。
微机电***MEMS（Micro-electromechanical Systems）技术被认为是二十一世纪的重要支撑技术之一，类似于微电子技术对二十世纪的作用。三维立体而非平面的微结构、微零件的制造是其发展的关键。到目前为止，这一领域的典型尺度是1μm~1mm范围，并涉及范围很宽的材料。这个尺度对传统机加工而言太小，而对于微电子工艺又太大（并且微电子工艺只能进行平面（二维）的加工，主要限于硅材料），所以都不适用。目前唯一可用于这一领域的技术是LIGA技术（Lithography Electroforming Micro Molding）。但是这一技术依赖于大型迴旋加速器产生的同步辐射，而这种巨型的设备在世界上也是屈指可数。因此，无法成为一种实际的工业技术。
激光刻蚀加工是一个可用于上述加工任务的极有潜力的技术。它是一种柔性加工技术，具有高度的灵活性，适用于范围宽广的材料种类，尤其重要的是原理上它具备在1μm～1mm尺度范围三维加工的能力，尽管在目前它还只用于二维加工。本专利申请的核心内容，就是提出了一种将二维平面激光刻蚀发展到三维立体激光刻蚀加工并具有成为工业实用技术潜力的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法，其思路为利用微光斑在一个很小的区域内快速受控扫描的方法，形成形状和功率剖面可控的加工光斑，再用适当方式使“加工光斑”进行二次扫描。
本发明的目的可通过以下方案实现：
利用正交声光偏转器通过声光衍射效应使激光束在一小范围内按需求设定的方式进行小角度高频扫描，形成加工需要的等效激光光斑，作为加工光斑，用振镜***引导加工光斑进行二次扫描即可产生三维微结构。
在实际应用时，根据加工任务的需要，设定声光偏转器的激励波形和强度，由外部波形发生器产生所需的波形，从而获得所需的特定功率分布和形状的光斑，以满足不同的加工要求。特定的光束剖面可形成相对应的刻蚀剖面，因此，利用激光振镜扫描***引导特定功率分布和形状的光斑进行二次扫描，可形成更为复杂的三维刻蚀结构。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
（1）本发明利用互为正交的声光偏转器，使激光进行小角度高频扫描，形成剖面形状和功率可控的等效激光光斑作为加工光斑，再用振镜***引导加工光斑进行二次扫描，在工件上形成相对应的三维微结构刻蚀剖面，实现了三维微结构的直接激光刻蚀加工，解决目前1μm～1mm尺度范围内无合适三维微结构加工技术的问题，具有科学和工业实用的潜力。
（2）将目前激光刻蚀加工的能力从平面（二维）提升到立体三维任意曲面无遮掩的直接加工，提高了现有二维刻蚀的加工精度。
（3）可采用程控进行自动控制，具有高度灵活性。
附图说明
图1为本发明声光偏转器、机械振镜双重扫描激光加工方法的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明双扫描三维激光刻蚀加工方法的做进一步的说明。
参照图1，先将正交声光扫描偏转器2正交置于激光器1的输出口。设定目标激光光斑面积为0.2mm2的三角形光斑。调整X、Y向声光偏转器的激励波形（由外部波形发生器产生所需的波形）和激光束的功率为15W，使激光束进行小角度高频扫描，便可获得面积为0.2mm2、功率为15W、且功率均匀分布的三角形等效激光光斑。再以等效激光光斑作为加工光斑，利用设置在声光偏转器之后的激光扫描振镜***3控制加工光斑的移动轨迹，先在工件上初始位置沿水平方向按周期为0.6mm进行扫描刻蚀；然后激光加工光斑回到刻蚀初始位置，再沿垂直方向按相同周期0.6mm进行扫描刻蚀，即形成金字塔形状的阵列。
Claims (1)
1.一种基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法，其特征在于：利用互为正交的两个声光偏转器，并先将正交声光偏转器正交置于激光器的输出口；设定目标激光光斑面积为0.2mm2的三角形光斑；调整X、Y向声光偏转器的激励波形和激光束的功率为15W，使激光束进行小角度高频扫描，便获得面积为0.2mm2、功率为15W、且功率均匀分布的三角形等效激光光斑；再以等效激光光斑作为加工光斑，利用设置在声光偏转器之后的激光扫描振镜***控制加工光斑的移动轨迹，先在工件上初始位置沿水平方向按周期为0.6mm进行扫描刻蚀；然后激光加工光斑回到刻蚀初始位置，再沿垂直方向按相同周期0.6mm进行扫描刻蚀，即形成金字塔形状的阵列。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110283637.2A CN102357735B (zh) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110283637.2A CN102357735B (zh) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102357735A CN102357735A (zh) | 2012-02-22 |
| CN102357735B true CN102357735B (zh) | 2015-05-13 |
Family
ID=45583146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110283637.2A Active CN102357735B (zh) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102357735B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108716894B (zh) * | 2018-04-04 | 2020-04-28 | 杭州电子科技大学 | 一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描*** |
| CN108838551B (zh) * | 2018-06-29 | 2019-12-03 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种三维曲面激光刻蚀方法 |
| CN109270763B (zh) * | 2018-10-23 | 2020-05-19 | 华中科技大学 | 一种基于声光偏转的光束匀化器 |
| CN112987501B (zh) * | 2019-12-17 | 2023-01-24 | 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 | 直写光刻***和直写光刻方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH067973A (ja) * | 1992-06-25 | 1994-01-18 | Fanuc Ltd | レーザ加工装置 |
| CN1981977A (zh) * | 2005-12-15 | 2007-06-20 | 株式会社迪斯科 | 激光加工装置 |
| CN101116928A (zh) * | 2006-08-04 | 2008-02-06 | 株式会社迪思科 | 激光光线照射装置及激光加工器 |
| CN101274394A (zh) * | 2007-03-26 | 2008-10-01 | 三菱电机株式会社 | 激光加工装置 |
| CN101590570A (zh) * | 2008-05-26 | 2009-12-02 | 上海市激光技术研究所 | 一种激光扫描焊接列管式换热器的方法及装置 |
| JP2010214428A (ja) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Disco Abrasive Syst Ltd | 光学系及びレーザ加工装置 |
-
2011
- 2011-09-22 CN CN201110283637.2A patent/CN102357735B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH067973A (ja) * | 1992-06-25 | 1994-01-18 | Fanuc Ltd | レーザ加工装置 |
| CN1981977A (zh) * | 2005-12-15 | 2007-06-20 | 株式会社迪斯科 | 激光加工装置 |
| CN101116928A (zh) * | 2006-08-04 | 2008-02-06 | 株式会社迪思科 | 激光光线照射装置及激光加工器 |
| CN101274394A (zh) * | 2007-03-26 | 2008-10-01 | 三菱电机株式会社 | 激光加工装置 |
| CN101590570A (zh) * | 2008-05-26 | 2009-12-02 | 上海市激光技术研究所 | 一种激光扫描焊接列管式换热器的方法及装置 |
| JP2010214428A (ja) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Disco Abrasive Syst Ltd | 光学系及びレーザ加工装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102357735A (zh) | 2012-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103071930B (zh) | 一种飞秒激光直写制备微孔阵列的***与方法 | |
| CN103801838B (zh) | 一种变线宽激光振镜扫描快速刻蚀方法 | |
| CN103018799B (zh) | 利用飞秒激光湿法刻蚀制备准周期微透镜阵列的方法 | |
| CN106001927B (zh) | 一种测量加工一体化的激光平整化抛光方法 | |
| CN102357735B (zh) | 基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法 | |
| US8847109B2 (en) | Method and device for machining a workpiece | |
| CN102759800B (zh) | 飞秒激光增强化学刻蚀制备微透镜阵列光束整形器的方法 | |
| Möhl et al. | Tailored focal beam shaping and its application in laser material processing | |
| CN104858550A (zh) | 背光源加工的co2激光多光束高速划槽装置及其方法 | |
| CN103769754B (zh) | 基于温升调控的靶丸微孔激光加工方法与装置 | |
| CN204657748U (zh) | 背光源加工的co2激光多光束高速划槽装置 | |
| CN106252857A (zh) | 一种新型超窄耦合缝隙天线的激光三维制作设备和制作方法 | |
| CN102909477A (zh) | 利用超快激光在靶材表面制备大面积微光栅的方法及装置 | |
| CN102717190A (zh) | 一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上导电膜层的装置和方法 | |
| CN109279570A (zh) | 一种基于飞秒激光直写与电化学还原相结合制备水凝胶中三维导电金属微纳结构的方法 | |
| CN108526824A (zh) | 一种微孔复合加工方法 | |
| CN104959731B (zh) | 一种制备铝合金表面纳米多孔结构的激光方法 | |
| CN101870036A (zh) | 飞秒激光快速加工装置 | |
| CN102248284B (zh) | 光栅高速直写装置 | |
| CN102274887B (zh) | 一种微尺度零件成形与装配的方法及装置 | |
| CN112404705A (zh) | 一种飞秒激光微纳加工装置及其使用方法与应用 | |
| CN102441735B (zh) | 正交声光偏转器获得任意激光束剖面能量分布的方法 | |
| CN103273196B (zh) | 有机玻璃的co2激光选区辐照扫描加工微透镜阵列的方法 | |
| CN211939504U (zh) | 一种螺旋锥齿轮飞秒激光加工*** | |
| CN103464891B (zh) | 激光加工装置及激光加工方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |