【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光微纳加工领域，具体地，涉及一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置及其使用方法。
技术介绍
1、激光微纳加工技术能够实现微米至纳米尺度的控形与控性制造，不局限于简单的切割或打孔，还可用于材料表面的纹理化、超疏水性制备、微结构加工等，从而在微电子器件、半导体制造，生物医学等领域具有广泛的应用。
2、随着激光器重频的不断提高，对激光微纳加工的加工速度和加工精度提出了更高的要求，而对激光束偏转的控制能力直接决定了加工的精度及质量，目前以机械式扫描控制器为主，比如振镜，多边形转镜等。但是，机械式偏转器件在轨迹变换过程中存在机械惯性，影响加工效率及效果。例如，利用振镜可以实现二维偏转扫描，但由于存在机械惯性，轨迹切换时会存在加减速过程，导致加工效率及能量利用低；其次，振镜的扫描精度低，难以完成细微结构图案的加工；同时，振镜的偏转角速度慢，难以适应如今高重频激光器的要求，导致热效应累积严重。相比于振镜，多边形转镜通过高速的旋转在扫描速度上突破了转镜来回摆动速度不断改变的短板，扫描速度更快(比振镜快100倍)、更加稳定，且具有更高的损伤阈值，但面临激光脉冲和轨迹不可控(只能进行一维线扫描)的难题，应用场景受限。声光偏转器利用声光布拉格衍射效应，通过对声场的高效调控实现对入射激光的高速偏转，具有无机械振动、响应时间短(在亚us量级)、偏转角速度高(可达1000弧度/秒)、扫描精度高(<0.1urad)及可逐脉冲控制激光束的特点，但扫描范围较窄，需要和其他部件协同进行加工。
3、综上所述，传统机械
4、现有技术cn112705841a公开一种基于多边形扫描转镜的超快激光高速微纳加工系统，扫描振镜及多边形转镜均是惯性部件，无法精确加工曲率半径变化非常剧烈的图形，也无法实现对激光脉冲的逐脉冲控制，并且没有并行加工功能，加工效率慢；现有技术cn117754121a公开一种多转镜激光扫描加工系统及方法，用多个转镜串联的方式虽然可以实现相同的加工路径，但由于振镜存在体积，加工路径各自分立，不能实现加工一定宽度图案的图形，且只能实现线扫描效果，无法加工其他图形。
技术实现思路
1、针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置及其使用方法，旨在解决传统机械式偏转器为主的激光微纳加工存在的具有机械惯性、加工效率及能量利用率低下、加工精度低、偏转速度慢的技术问题。
2、根据本专利技术第一方面，提供一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，包括脉冲激光器、反射镜组、声光偏转模块、信号控制单元、分束模块、转镜、平场聚焦透镜；
3、所述脉冲激光器用于提供脉冲激光；
4、所述反射镜组用于将所述脉冲激光器输出的激光经反射后进入所述声光偏转模块，并保持所述激光以布拉格角入射至所述声光偏转模块，改变所述激光的偏转位置；
5、所述信号控制单元控制所述声光偏转模块，用于向所述声光偏转模块中输入设置的频率信号；
6、所述分束模块用于将所述激光分为彼此相互平行的光束输出，实现分光；
7、所述转镜用于反射所述相互平行的光束至平场聚焦透镜，所述平场聚焦透镜用于将所述光束汇聚于焦点，所述焦点处用于放置待加工的部件。
8、优选地，所述声光偏转模块满足：(i)所述声光偏转模块包括第一声光偏转器和第二声光偏转器，所述第一声光偏转器和第二声光偏转器正交放置，所述第一声光偏转器与所述转镜的旋转轴相互平行放置，所述第二声光偏转器与所述转镜的旋转轴相互垂直放置；
9、或(ii)所述声光偏转模块包括第一声光偏转器，所述第一声光偏转器与所述转镜的旋转轴平行放置。
10、优选地，所述第一声光偏转器和所述第二声光偏转器均包括：驱动信号源、超声换能器、声光介质；所述声光介质与所述超声换能器连接，所述超声换能器上的电极与所述驱动信号源相连接，所述信号控制单元与所述驱动信号源连接。
11、优选地，所述声光介质的材料选自石英、氧化碲、锗。
12、优选地，所述分束模块选自平板分光镜、立方体分光镜、衍射光学元件。
13、优选地，所述转镜为正m边形柱体，所述m为3～16。
14、优选地，所述激光微纳加工装置还包括扩束准直装置、位移台、摄影机、中央控制单元；
15、所述扩束准直装置设置于所述脉冲激光器和所述反射镜组之间，用于将所述脉冲激光器输出的激光扩束准直后出射；
16、所述加工部件固定设置于所述位移台上，能够随着所述位移台进行运动；
17、所述摄影机用于实时监测所述加工部件的加工情况，并实时反馈；
18、所述中央控制单元分别与所述转镜、所述信号同步控制单元、所述摄影机及所述位移台相连接。
19、优选地，所述激光微纳加工装置还包括电机，所述电机与所述转镜相连接；
20、根据本专利技术另一方面，提供一种所述基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工方法，具体步骤为：
21、(1)脉冲激光器提供脉冲激光，所述激光经反射镜组反射后，以布拉格角入射至所述声光偏转模块；所述声光偏转模块由信号控制单元发出的频率信号控制，以改变从声光偏转模块中射出的光束的偏转角度；
22、(2)从所述声光偏转模块射出的激光通过分束模块将所述激光分为彼此相互平行的光束，实现分光；
23、(3)通过分束模块输出的分光通过匀速转动的转镜，将所述相互平行的光束反射至平场聚焦透镜，通过平场聚焦透镜将所述光束汇聚于焦点，所述焦点用于对加工部件进行加工；
24、(4)将中央控制单元分别与所述转镜、所述信号同步控制单元、所述摄影机及所述位移台相连接，通过中央控制单元向所述信号控制单元、转镜及位移台发出控制信号；所述中央控制单元预先储存的参数有所述转镜的旋转速度、所述位移台的运动方向，以及控制所述信号控制单元向所述声光偏转模块发射的驱动信号，以使所述声光偏转模块加载相应的射频信号频率；
25、(5)采用摄影机实时监控加工情况，向中央控制单元反馈加工位置、加工精度及加工速度的参数，中央控制单元接收到信号后，将信号发送给所述转镜、位移台及信号控制单元，以对所述转镜的旋转速度、所述位移台的运动方向，以及控制所述信号控制单元向所述声光偏转模块发射的驱动信号进行调整，使加工保持最优状态。
26、优选地，所述转镜的旋转速度v1为：
27、
28、式中，ls表示所述转镜处于激光摄入的那面镜片旋转α角度后在所述加工部件上所形成的长度；n为所述转镜处于激光摄入的那面镜片旋转α角度所述脉冲激光器所输出的脉冲个数；f为所述脉冲激光器的频率。其中α＝360°/m，m为所述转镜的边数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、反射镜组(3)、声光偏转模块(4)、信号控制单元(5)、分束模块(6)、转镜(7)、平场聚焦透镜(8)；
2.根据权利要求1所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，所述声光偏转模块(4)满足：(i)所述声光偏转模块(4)包括第一声光偏转器(41)和第二声光偏转器(42)，所述第一声光偏转器(41)和第二声光偏转器(42)正交放置，所述第一声光偏转器(41)与所述转镜(7)的旋转轴相互平行放置，所述第二声光偏转器(42)与所述转镜(7)的旋转轴相互垂直放置；
3.根据权利要求2所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，所述第一声光偏转器(41)和所述第二声光偏转器(42)均包括：驱动信号源(401)、超声换能器(402)、声光介质(403)；所述声光介质(403)与所述超声换能器(402)连接，所述超声换能器(402)上的电极与所述驱动信号源(401)相连接，所述信号控制单元(5)与所述驱动信号源(401)连接。
4.根据权
5.根据权利要求1所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，所述分束模块(6)选自平板分光镜、立方体分光镜、衍射光学元件。
6.根据权利要求1所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，所述转镜为正m边形柱体，所述m为3～16。
7.根据权利要求3所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，所述激光微纳加工装置还包括扩束准直装置(2)、加工部件(9)、位移台(10)、摄影机(11)、中央控制单元(12)；
8.根据权利要求1所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，所述激光微纳加工装置还包括电机，所述电机与所述转镜(7)相连接。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工方法，其特征在于，具体步骤为：
10.根据权利要求9所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工方法，其特征在于，所述转镜的旋转速度V1为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、反射镜组(3)、声光偏转模块(4)、信号控制单元(5)、分束模块(6)、转镜(7)、平场聚焦透镜(8)；
2.根据权利要求1所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，所述声光偏转模块(4)满足：(i)所述声光偏转模块(4)包括第一声光偏转器(41)和第二声光偏转器(42)，所述第一声光偏转器(41)和第二声光偏转器(42)正交放置，所述第一声光偏转器(41)与所述转镜(7)的旋转轴相互平行放置，所述第二声光偏转器(42)与所述转镜(7)的旋转轴相互垂直放置；
3.根据权利要求2所述的一种基于声光偏转器与转镜的激光微纳加工装置，其特征在于，所述第一声光偏转器(41)和所述第二声光偏转器(42)均包括：驱动信号源(401)、超声换能器(402)、声光介质(403)；所述声光介质(403)与所述超声换能器(402)连接，所述超声换能器(402)上的电极与所述驱动信号源(401)相连接，所述信号控制单元(5)与所述驱动信号源(401)连接。
4.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱广志，王浩然，初奕航，肖晨悦，欧阳敬，乐轶瀚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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