一种环形微孔的激光加工装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105945435A(43)申请公布日2016.09.21(21)申请号201610409601.7(22)申请日2016.06.12(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人佟艳群石琳任旭东张永康吴笑漪黄建宇王昭周武超(51)Int.Cl.B23K26/382(2014.01)B23K26/082(2014.01)B23K26/0622(2014.01)B23K26/04(2014.01)B23K26/70(2014.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种环形微孔的激光加工装置及方法(57)摘要本发明提供了一种环形微孔的激光加工装置，包括脉冲激光器、偏振控制系统、扫描振镜、光圈、聚焦透镜、约束层、单层纳米颗粒、三维移动平台和电脑控制系统；脉冲激光器、偏振控制系统和扫描振镜沿同一光轴中心依次排布；扫描振镜正下方设有光圈和聚焦透镜；聚焦透镜正下方设有三维移动平台；脉冲激光器、聚焦透镜和三维移动平台均和电脑控制系统电连接；通过预处理工件表面，沉积单层纳米颗粒于工件表面，确定能量增强倍数、脉冲激光器输出能量对加工工件表面进行加工，实现环形微孔的制作。本发明实现了环形微孔的激光加工，具有精度高、尺寸可控、加工效率高、设备简单等特点。CN105945435ACN105945435A权利要求书1/2页1.一种环形微孔的激光加工装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、偏振控制系统(2)、扫描振镜(4)、光圈(5)、聚焦透镜(6)、约束层(7)、单层纳米颗粒(8)、三维移动平台(10)和电脑控制系统(11)；所述脉冲激光器(1)、偏振控制系统(2)和扫描振镜(4)沿同一光轴中心依次排布；所述扫描振镜(4)正下方设有光圈(5)；所述光圈(5)正下方设有聚焦透镜(6)；所述聚焦透镜(6)正下方设有三维移动平台(10)；所述三维移动平台(10)上表面放置工件(9)；所述工件(9)上表面覆盖单层纳米颗粒(8)；所述单层纳米颗粒(8)上表面覆盖约束层(7)；所述脉冲激光器(1)、聚焦透镜(6)和三维移动平台(10)均和电脑控制系统(11)电连接。2.根据权利要求1所述的一种环形微孔的激光加工装置，其特征在于，所述单层纳米颗粒(8)为贵金属纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的一种环形微孔的激光加工装置，其特征在于，所述贵金属纳米颗粒为金纳米颗粒或银纳米颗粒中的一种。4.根据权利要求1或2所述的一种环形微孔的激光加工装置，其特征在于，所述单层纳米颗粒(8)的直径为a，所述脉冲激光器(1)的波长为λ，则其满足关系式：λ/10<a<λ。5.根据权利要求1或2所述的一种环形微孔的激光加工装置，其特征在于，所述约束层(7)为透明材料，如玻璃；所述偏振控制系统(2)由线偏振器和1/4玻片组成；所述光圈(5)为低通圆孔滤波器。6.一种环形微孔的激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：搭建好环形微孔的激光加工装置：调整脉冲激光器(1)、偏振控制系统(2)和扫描振镜(4)处于同一光轴中心；调整光圈(5)、聚焦透镜(6)、三维移动平台(10)至扫描振镜(4)的焦点处；将脉冲激光器(1)、聚焦透镜(6)、三维移动平台(10)和电脑控制系统(11)电连接；S2：预处理工件(9)表面：将单层纳米颗粒(8)配置成纳米颗粒悬浮液，并将悬浮液沉积在工件(9)表面，得到表面已沉积完单层纳米颗粒的工件；S3：确定能量增强倍数A：根据工件(9)、脉冲激光器(1)和单层纳米颗粒(8)的特征参数，求解工件(9)表面的归一化激光能量分布，绘制出能量增强特征曲线；根据环形微孔的加工内径d或加工外径D确定出能量增强倍数A；S4：确定激光输出能量参数：根据步骤S3确定的能量增强倍数A，打开电脑控制系统(11)，设置脉冲激光器的输出能量密度J，J＝J0/A，其中J0为工件(9)损伤能量密度阈值；S5：调整光束偏振态和工件位置：调整偏振控制系统(2)，使得出射的激光束为圆偏振光；将步骤S2中所述表面已沉积完单层纳米颗粒的工件放置于三维移动平台(10)上；在单层纳米颗粒(8)上表面覆盖一层约束层(7)；S6：加工工件：电脑控制系统(11)输出激光，对工件表面进行加工，实现环形微孔的制作。7.根据权利要求6所述的一种环形微孔的激光加工方法，其特征在于，步骤S2中所述预处理工件(9)表面过程如下：对工件(9)表面打磨抛光、超声波清洗，并在工件(9)表面涂抹包含亲水基团的溶剂；所述得到表面已沉积完单层纳米颗粒的加工工件过程如下：将单层纳米颗粒(8)配置成5％固含量的纳米颗粒悬浮液，将纳米颗粒悬浮液置于超声波清洗机中超声10-15min；使用微量移液器，每次取出500μL，小