整形飞秒激光金属材料精细加工

条 件 对 激 光 烧 蚀 的影 响 。使 用 的样 品是 厚 度 为 ５ ｔ 铝 箔 。实 验 中 通 过 研 究 不 同 变 量 ： 光 焦 点 与 样 品 的相 ０／ ｍ 激
对 位 置 、 光 的 能 量 、 景 气 体 压 强 以及 脉 冲形 状 对 烧 蚀 加 工 过 程 和 结 果 的影 响 ， 而 获 得 较 好 烧 蚀 效 果 的条 激 背 从
光 精 细钻 孔 领 域 得 到更 深 入 的研 究 和应 用 。
关 键 词 ： 整 形 脉 冲 ； 烧 蚀 ； 激 光 能 量 ； 气 体 压 强 ； 激 光 焦 点 位 置
中 图 分 类 号 ： ０５ １ ６ 文献 标 志码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰＬ ２ １ ２ １ ． ３ １ ｏ ：０ ３ ８ ／ ＰＢ ０ ２ ４ ０ ２ ８
激光在 微加 工技术 中的应用 近 年来 得 到 了飞 速 的 发展 。激光 加 工 作 为 一 种新 兴 的微 加 工手 段 ， 以其 快 、 准 、 等优 点 ， 精 突破 了传 统 加工技 术 的种种 极 限而受 到人们 的广 泛关 注 。激光 加工 主要基 于激光 对材 料 的烧蚀 作用 ， 大量 激光 烧蚀研 究 给 出了一些 非常 有意 义 的结 果 。特 别地 ， 材 料钻 孔研 究 中 ， 在 烧蚀 过 程 中产 生 的 物质 再 次沉 积 ， 生 高热量 液体及 纳 米颗粒 ［４， 产 １３ 以及激 光脉 冲能 量 、 冲宽度 、 境气压 对烧 蚀加 工速 率 、 工 光滑 脉 环 加 度等 问题 的影 响 ， 还有 待进 一步 研究 。本 文针对 铝箔 在 飞秒 激光 烧蚀 下 成孔 问题 ， 研究 了激 光脉 冲能量 、 冲 脉 形状 及环境 气 压对铝 箔烧蚀 加工 的影 响 ， 在实验 上探 索 了获得 高质量 孔所 需 的条件 。
第Hale Waihona Puke ２ ４卷第 １ ０期 ２１ ０ ２年 １ ０月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ Ｐｏ Ｗ ＥＲ ＩＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ Ｒ ＴＩ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ４。ＮＯ １ １２ ．０
ｏ ｃ ．， ２ ２ ｔ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） ０２ ８ — ５ ０ １４ ２ （ ０ ２ １ — ３ １０
图 １ 整 形 飞 秒 脉 冲激 光 烧 蚀 加 工 及 其 系 统
位调 制 ， 后再 经过 一个透 镜 和光栅 ， 之 得到 整形 脉 冲被送 人 激光 器 的放 大 级 。实 验 结果 表 明 ， 最后 可 以从放 大 级输 出脉 冲能量 较高 的任 意形状 脉 冲 。 整形后 的激 光用 来烧 蚀加 工 。在 实 验 中使 用 的最 低 真 空度 约 为 １Ｐ 。样 品放 置 在 一 个计 算 机 控 制 的精 ａ 密三 维平 移 台上 （ ｗｐ ｒ， ６ ， ＭＡ ２ Ｃ Ｃ ） Ｎｅ ｏ ｔ Ｍ４ ２ Ｃ 一 ５ Ｃ Ｌ 。在 样 品后 透射 光 路 方 向上 放 置 聚 焦透 镜 和 光 电二 极 管 ，
１ 实 验 方 法 与 装 置
图 １为实 验 中使 用 的 飞秒 激 光 脉 冲整 形及 其 烧蚀 加 工 研 究 装 置 。 飞秒 激 光 器 为 Ｔ ：ａ ｐ ｉｅ ｉ ｓｐ ｈｒ
啁 啾 脉 冲 放 大 （ Ｐ ） 统 （ ｐ ｃｒ ｈ ｓ ｓ公 Ｃ Ａ 系 Ｓ ｅｔａ Ｐ ｙ ｉ ｃ
（ 国 Ｎｅ ｏ ｔ 司 ） 光 后 ， 柱 面 透 镜 聚 焦 到 美 ｗｐ ｒ 公 分 被 傅里 叶面 上 的 空 间 光 调 制 器 （Ｌ ， Ｒ 公 司 ， Ｓ Ｍ Ｃ Ｉ 型 号 Ｓ Ｍ一４ 一 － Ｎ） 不 同 频 率 的 光 进 行 不 同 的 相 Ｌ ６ ０Ｄ Ｖ ，
Ｍ ：０ ８ ０ ｎｍ ｉ ｈ ｒ ｆｅ ｔｏ ｒ ｏ ； ｃ ｌｎ ｒｃ ｌｌｎ ｈ ｇ ｅ ｌ ｃ ｉ ｎ ｍｉｒ ｒ ＣＩ ： ｙ ｉ ｄ ｉａ ｅ ｓ； Ｇ ： ｒ ｔｎ Ｓ ｇ ａ ｉ ｇ； ＬＭ ： ｐａ ｉ ｌ ｉ ｔｍ ｏ ｌｔ ｒ ｓ ｔａ ｇｈ ｄｕ ａ ｏ ；ＧＰ： ａ ｒｓ ； ｌ Ｇｌ ｎ ｐ ｉｍ
件 ， 到 控 制 烧 蚀 加 工 过 程 的 目的 。特 别 是 通 过 使 用 不 同 形 状 的 脉 冲 和 具 有 一 定 规 律 的 脉 冲 序 列 对 样 品 进 行 达 烧 蚀 ， 现 某 些 形 状 的 整 形 脉 冲烧 蚀 结 果 明显 优 于 变 换 极 限 脉 冲 。说 明脉 冲 整 形 作 为 一 种新 的 技 术 可 以 在 激 发
整 形 飞 秒 激 光 金 属 材 料 精 细 加 工
胡 湛， 齐 莹， 杨 鼎， 周胜鹏， 石 英， 田 蕾， 王钦鑫， 丁大军
（ 吉林 大 学 原 子 与 分 子物 理 研 究 所 ，长 春 １０ １ ） ３ ０ ２
摘
要 ： 实 验 通 过 二 极 管 记 录 透 射 光 信 号 随 脉 冲 个 数 变 化 关 系 以及 观 测 样 品烧 蚀 形 貌 来 研 究 不 同 实 验
ＯＬ： ｃｏ ｃ ｐ ｂ ｅｔ ｅ Ｓ：ａ ｌ ； ｆｃ ｓ ｇ ｌ ｓ Ｄ： ｈ ｔｄｏ ｅ ｍｉｒ ｓｏ ｅｏ ｊｃｉ ； ｓ ｍｐ ｅ Ｌ： ｕ ｉ ｎ ； ｐ ｏ ｏ ｉｄ ｖ ｏ ｎ ｅ
Ｆ ｇ １ Ｓｈ ｐｅ ｅ ｏ ｅ ｏ ｄ ｌｓ ｒ ｐ ｌｅ ａ ｌ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｉ ． ａ ｄ ｆ ｍｔ ｓ ｃ ｎ ａ ｅ ｕ ｓ ｂ ａ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ
司） 其输 出为 １ ０ｆ 脉宽 线偏振 的 ８ ０ｎＴ激 光 ， ， ０ ｓ ０ ｌ ｌ 重复 频率 为 １ｋ ， 脉 冲最大 能量 约为 １ｍＪ Ｈｚ单 。 为 了精确 地 控 制 激 光 对 材 料 的 烧 蚀 作 用 ， 采 用飞 秒 脉 冲 整形 方 法 ］ 为 避 免 对 液 晶整 形 器 。 件 的损伤 ， ４ 把 ｆ脉 冲整形 光 路放 置 在 激光 振 荡 级 和放 大 级 之 间。激 光 器 振 荡 级 出 来 的光 经 光 栅