本技術涉及激光加工光學系統(tǒng)，尤其涉及一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置。

背景技術：

1、激光光束干涉是指利用激光的相干性，通過分束器(如半透半反鏡、劈棱鏡、衍射光柵等)從同一激光源分離出兩束或多束激光，或者由獨立的但相干的激光器產(chǎn)生，然后使這兩束或多束激光經(jīng)過不同的光學路徑后，在空間上的某個點或面上重新疊加，實現(xiàn)干涉目的。

2、之所以采用激光，是因為激光是一種高度相干光源，其光束具有單色性好(即頻率單一)、方向性強、亮度高、相干長度長等特點。這些特性使得激光光束在空間和時間上能夠保持很好的相干性，即不同部分的光波具有穩(wěn)定的相位關系，這是產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的基礎。激光光束干涉技術因其高精度、實時性等特點，在精密測量、光學元件與薄膜特性分析、表面形貌與粗糙度測量、量子光學與基礎研究、工業(yè)質(zhì)量控制與無損檢測以及激光雷達與遙感眾多領域有著廣泛應用。

3、其中，激光干涉刻蝕方法是利用激光光束干涉產(chǎn)生的干涉圖樣作為模板，通過選擇性地照射并去除特定區(qū)域的材料，從而在基材上制備出周期性或特定圖案的微納結(jié)構。這種方法結(jié)合了激光刻蝕技術和激光干涉技術的特點，具有眾多顯著優(yōu)勢。首先，利用激光干涉可以輕松獲得亞微米甚至納米級別的周期性結(jié)構，同時由于干涉效應是全局性的，可以實現(xiàn)大面積、均勻的圖案刻蝕，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)需求。其次，與傳統(tǒng)的光刻技術相比，激光干涉刻蝕無需昂貴的光掩模，通過直接操縱激光光束即可實現(xiàn)圖案刻蝕，降低了成本，簡化了工藝流程，特別適合于快速原型制作和定制化生產(chǎn)。此外，激光干涉刻蝕能處理各種硬質(zhì)、軟質(zhì)、透明、不透明、金屬、非金屬等多種材料，包括一些對傳統(tǒng)刻蝕方法具有抗性的材料。最后，通過調(diào)整激光參數(shù)(如波長、功率、脈沖寬度等)和干涉條件(如光路設置、相位差等)，可以靈活改變刻蝕圖案的周期、形狀、深度等，實現(xiàn)對微納結(jié)構的精確調(diào)控。因此近年來，激光干涉刻蝕技術在微電子、光電子、生物醫(yī)學、光學元件、數(shù)據(jù)存儲、表面改性等領域得到廣泛應用。

4、但由于干涉系統(tǒng)里用于將多束發(fā)散光束準直為多束平行光束的棱鏡難以設計制造，因此現(xiàn)有激光干涉加工系統(tǒng)以雙光束干涉方案為主。然而，相較于雙光束干涉，多光束干涉具有更高的條紋對比度和銳度，明暗對比更為顯著，對于干涉刻蝕非常有利。此外，多光束干涉擁有更精細的條紋結(jié)構，這對于高精度的微納加工尤為重要。而且，多光束干涉的穩(wěn)定性和抗干擾能力較強，單個光束的波動或干擾對整體干涉圖案的影響相對較小，這是因為多個相干光束的疊加在一定程度上平均了單個光束的不穩(wěn)定性，有利于提高整個干涉系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

技術實現(xiàn)思路

1、本實用新型的目的在于針對已有的技術現(xiàn)狀，提供一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，不僅可以達到多光束干涉的目的，還可以實現(xiàn)干涉圖樣周期的主動連續(xù)調(diào)控，且調(diào)節(jié)范圍大。

2、為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

3、一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，包括激光加工光源、透鏡、整形器件、定倍擴束鏡和聚焦鏡；

4、所述激光加工光源的出射光為準直光束；

5、所述透鏡布置在激光加工光源之前，透鏡用于將激光加工光源的出射光轉(zhuǎn)換為點光束，作為待整形光束；

6、所述整形器件布置在透鏡之前，整形器件用于將待整形光束整形為帶有正發(fā)散角度的多光束，且多光束中光束的數(shù)量大于2，整形器件設置在位移機構上，位移機構用于驅(qū)動整形器件沿待整形光束的光軸移動；

7、所述定倍擴束鏡布置在整形器件之前，定倍擴束鏡用于將整形器件的出射光進行負角度變換，形成帶有負發(fā)散角的多光束；

8、所述聚焦鏡布置在定倍擴束鏡之前，聚焦鏡與定倍擴束鏡的距離小于其焦距，聚焦鏡用于將定倍擴束鏡的出射光進行聚焦。

9、進一步的，所述定倍擴束鏡將整形器件的出射光進行負角度變換的變換率為-0.5～-2。

10、進一步的，所述位移機構為電動位移臺，還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與位移機構和激光加工光源均電性連接，用于實時動態(tài)調(diào)節(jié)待加工產(chǎn)品的加工面上所形成光斑干涉圖樣的周期。

11、進一步的，所述位移機構為手動滑臺，用于手動調(diào)節(jié)待加工產(chǎn)品的加工面上所形成光斑干涉圖樣的周期。

12、進一步的，所述激光加工光源為單模光源或多模光源。

13、進一步的，所述整形器件為微透鏡陣列或衍射光學元件或光柵。

14、進一步的，所述透鏡為負透鏡或正透鏡或發(fā)射透鏡。

15、本實用新型的有益效果為：

16、本實用新型先通過整形器件將待整形光束整形為帶有正發(fā)散角度的多光束，再通過定倍擴束鏡將整形器件的出射光進行負角度變換，形成帶有負發(fā)散角的多光束，最后通過聚焦鏡將定倍擴束鏡的出射光進行聚焦，從而構造出使多光束相干涉的激光干涉加工系統(tǒng)，同時，在加工工程中，通過位移機構使整形器件沿待整形光束的光軸連續(xù)移動，將連續(xù)調(diào)節(jié)待加工產(chǎn)品的加工面上所形成光斑干涉圖樣的周期，從而實現(xiàn)干涉周期的主動調(diào)節(jié)。

17、按照上述設計，本實用新型不僅可以達到多光束干涉的目的，提高干涉刻蝕的對比度和精度，還可以實現(xiàn)干涉圖樣周期的主動連續(xù)調(diào)控，且調(diào)節(jié)范圍大，因而應用范圍廣泛，應用價值極高。

技術特征：

1.一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，其特征在于：包括激光加工光源、透鏡、整形器件、定倍擴束鏡和聚焦鏡；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，其特征在于：所述定倍擴束鏡將整形器件的出射光進行負角度變換的變換率為-0.5～-2。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，其特征在于：所述位移機構為電動位移臺，還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與位移機構和激光加工光源均電性連接，用于實時動態(tài)調(diào)節(jié)待加工產(chǎn)品的加工面上所形成光斑干涉圖樣的周期。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，其特征在于：所述位移機構為手動滑臺，用于手動調(diào)節(jié)待加工產(chǎn)品的加工面上所形成光斑干涉圖樣的周期。

5.根據(jù)權利要求1至4任意一項所述的一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，其特征在于：所述激光加工光源為單模光源或多模光源。

6.根據(jù)權利要求1至4任意一項所述的一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，其特征在于：所述整形器件為微透鏡陣列或衍射光學元件。

7.根據(jù)權利要求1至4任意一項所述的一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，其特征在于：所述透鏡為負透鏡或正透鏡或發(fā)射透鏡。

技術總結(jié)
本技術公開一種周期主動可調(diào)的激光干涉刻蝕光學裝置，屬于激光加工光學系統(tǒng)技術領域。該激光干涉刻蝕光學裝置包括依次布置的激光加工光源、透鏡、整形器件、定倍擴束鏡和聚焦鏡；激光加工光源的出射光為準直光束；透鏡用于將激光加工光源的出射光轉(zhuǎn)換為點光束，作為待整形光束；整形器件用于將待整形光束整形為帶有正發(fā)散角度的多光束，且其設置在位移機構上；定倍擴束鏡用于將整形器件的出射光進行負角度變換；聚焦鏡與定倍擴束鏡的距離小于其焦距，聚焦鏡用于將定倍擴束鏡的出射光進行聚焦。本技術不僅可以達到多光束干涉的目的，還可以實現(xiàn)干涉圖樣周期的主動連續(xù)調(diào)控，且調(diào)節(jié)范圍大。

技術研發(fā)人員：王雪輝,曾密宗
受保護的技術使用者：武漢引領光學技術有限公司
技術研發(fā)日：20240516
技術公布日：2025/1/6