光学零件加工技术
哪朋友知道 光学零件加工技术 精密刻画技术 薄膜光学技术 具体应用哪些方面 有知道朋友具体给解答下 高分悬赏 谢谢~~
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由于激光具有方向性好高能量和单色性好等系列优点自六十年代问世来受科研领域高度重视推动了诸多领域迅猛发展尤其激光加工领域应用传统激光加工机工业产品已得了广泛应用近年来激光微加工方面也受广泛重视
激光微加工对生产具有小孔或细小沟槽结构复杂电子器件、医疗和汽车制品有重大意义因类产品孔直径和沟槽尺寸越来越小而些尺寸公差越来越严格只有激光才能满足对微加工零件提出从1μm1mm所有要求激光加工热作用区域小准确地控制加工范围和深度保证高重复性良好边缘和广泛通用性[1]
微系统制造人们广泛采用硅各向异性刻蚀和LIGA(利嗄)技术加工各种微型结构前者适合加工硅二维结构和小深宽比三维结构；者能够加工精密三维结构仅适用于硅而且也适用于加工金属、塑料和陶瓷而种技术要求条件比较苛刻需要同步辐射X射线源而且模制作也复杂因此难普及还有点也必须指出LIGA工艺与IC兼容定程度上限制了使用
90年代初发展起来激光微加工工艺既能加工出较复杂微型结构且所要求条件又苛刻实验室和工厂较容易实现[2]
激光微加工所涉及应用领域较宽本文着重介绍激光束UV（紫外）波段或532nm和1.06μm段激光微加工应用,工作状态脉冲状态,加工应用范围微电子和微机械（MEMS）激光束其应用本文赘述
2.脉冲激光直接微加工技术
脉冲激光直接微加工技术利用高能量激光脉冲对固体直接加工主要基于激光烧蚀过程烧蚀过程固体材料所吸收激光能量使材料从加工表面喷射出来激光和固体间烧蚀作用与固体材料及脉冲激光参数密切相关脉冲激光参数主要包括激光波长、脉冲宽度和脉冲强度适宜条件下几乎所有固体材料脉冲激光都能够加工而且现经研究已经建立了多种材料脉冲激光加工参数[3]
图(a)所示种常见准分子激光加工设备主要结构激光光束经过系列器件包括快门、调衰减器、光束整形器和归化器照射掩模上结构光束整形器改变光束形状使其近似正方形归化器再把光分成许多光束每束光从同方向照射掩模（图(b)）仅提高了光照射均匀性同时也引入了离轴元件离轴光照射完成垂直结构甚至钻蚀结构加工而使用传统平面光照射无法加工出样结构整系统般需要些辅助设备进行准直比CCD视频传感器或独立非线性显微镜
脉冲激光直接微加工技术主要特点之能够加工复杂三维表面轮廓对同掩模进行多次曝光加工阶梯式多级结构而曝光时间内扫描掩模完成连续切削也用半色调掩模直接进行投影烧蚀来完成连续切削[4]掩模和工件般都安装步进马达控制精密移动平台上通过计算机实现自动扫描操作加工过程改变其脉冲激光参数比激光光通量和重复频率此外还通过改变数值孔径NA来改变离轴照射大视角见图(b)从而恒定激光光通量条件下加工同侧壁角度结构
图(a)准分子激光加工设备框图 (b)光学系统图
脉冲激光直接微加工技术另特点加工多种材料[5]尤其适用于聚合物材料加工大多数聚合物激光频谱内都有强能量吸收保证了激光与工件间能量耦合而相对较低热传导性又保证了烧蚀过程热量扩散和受热影响区域小大多数情况下得好表面光洁度附加损失(熔化和碎屑)也达小许多其材料具备特性例由于金属反射率和热传导率较高用脉冲激光加工具有高烧蚀阀值加工过程有严重附加损耗加工对象沉积导热性较差基体表面金属薄膜时用脉冲激光得好加工效
脉冲激光直接加工MEMS器件成功例子喷墨打印头加工[6]另外脉冲激光高峰值功率和3D结构加工能力也应用微流控芯片加工微流控芯片主要部件像微通道、微过滤器、微搅拌器和微反应器都需要3D结构(或至少2.5D)此外作微流控芯片材料聚合物比硅基底材料更适于用脉冲激光进行微加工
MEMS直接加工例子近也有报道硅底上制作双压电晶片微执行器[7]及多层磁性材料执行器[8]等另外飞秒激光微加工技术发展也快[9]由于飞秒激光有高能量密度使得MEMS加工某些方面具有好应用前景比利用标准透明材料与高能量多光子剧烈作用透光材料上加工微结构
2.1直接加工
里所用术语直接加工用来描述用激光束聚焦点来进行材料加工过程项技术广泛应用于对高精度和小尺寸有要求微机械加工包括燃料注入器钻孔、气体传感器钻孔、太阳能电池刻画及MEMS原型处理工件用检流扫描仪和移动平台随着光束移动同时用激光加工从而得预期图案加工速度通过调节检流扫描仪达10ms-1 [10]
图二：（a）用检流扫描仪和X-Y移动平台直接加工示意图 （b）MicrAlater M1000 直接加工激光器设备
2.2 钻孔
使用X-Y平台或检流扫描仪上聚焦激光束系列孔加工燃料注入器、气体传感器、微小电路板和探测器卡片钻孔都有广泛应用图三显示用来IC（integrated circuit）测试探测器卡片部分100μm孔500μm厚硅氮化物晶体上用355nmND:YAG激光钻孔使用AblataCAM软件能文件直接转化成激光器设备加工过程利用项技术能探测器卡片上加工几乎任何形状孔
图三：（a）硅氮晶体探测器卡片上用来IC测试100μm孔 b）硬质钢上用来燃料注入孔
发动机对低损耗和更佳燃料利用率需求引起对更小孔和更厚有壁燃料注入器深入研究由于传统EMD技术对于柴油机注入器钻孔限制使得激光加工技术成下代柴油机引擎关键技术孔直径30-100μm公差±1.5μm锥角小于0.5度图三（b）显示用Nd:YAG激光器532nm柴油机注入器上加工孔
2.3太阳能板加工
1.06μm波上工作激光器设备其典型能量几十瓦广泛应用于薄膜太阳能板玻璃底层上精细线性雕合种过程和发射技术结合与BTS能够使太阳能板高速情况下能保持非常高精度和准确率图四（a）无定型硅薄膜双激光系统（1.06μm和532nm）下加工过程示意图IR YAG激光束用来ITO层上划近似30μm宽线接着α－Si沉积和见YAG激光束盘附近穿过α－Si层来加工50μm直径相互连接而ITO层受加工过程影响接着铝电极层沉积用见光YAG激光来加工大概25μm宽轨迹来完成板加工过程太阳能板样板部分加工过程图四所示用580nm来加工400mm板每层大概需要1分钟
图四：（a）用双波长激光系统加工太阳能板
b）薄膜α－Si太阳能板上划线和相互连接照片
3.新研究动态
3.1用于微加工UV激光钻孔机械－Meister 1000DF
MHI出品了新DUV266nm激光钻孔机Meister 1000DF能所有新固体UV－YAG振荡器上应用用Meister 1000DF能同材料、同工作环境下进行高质量微加工特点：半导体泵浦固体激光器谐振腔能达高寿命和具有高靠性高能量密度266nmUV输出,能实现50－200μm直径微小钻孔,高速和装备了检流扫描仪[11]
图五：加工应用样品图
（a）透孔： 直径100μm 聚酰亚胺树脂：厚度25μm
（b）透孔：直径100μm 陶瓷：厚度250μm
图六：结构图
3.2 DPSS UV 激光器
高脉冲355nm激光器（LD泵浦 YV04 激光器+ SHG + THG）空气冷却概要：种激光器紧凑和空气冷却类型高循环脉冲DPSS UV激光器（355nm）非线性晶体GdYCOB应用于种激光器（已由大阪大学发明）因此能获得高光束质量和稳定输出并且非常容易维护和操作广泛应用于微加工、精确测量等等[12]
3.3 DPSS绿色激光器
高脉冲532nm激光器（LD泵浦 YVO4激光器+ SHG) 空气冷却概要：种激光器紧凑和空气冷却类型高循环脉冲DPSS绿色激光器（532nm）具有好输出稳定性和高光束质量并且易于维护和操作能广泛应用于微加工、测量等等
3.4 DPSS YVO4激光器
高脉冲1064nm激光器（LD泵浦 YVO4激光器）空气冷却概要：种紧凑、空气冷却及易于维护DPSS激光器用LD泵浦并且用光纤输出由于加工过程有高重复性、热张力等特点因此能被小型化所能广泛应用于高速标刻、激光加工和产生谐波光源
4.结 论
从加工材料范围和3D加工灵活性方面脉冲激光具有特有加工能力脉冲激光加工技术和其微细加工主流技术相结合MEMS未来发展提供重要加工手段脉冲激光加工技术主要应用领域有基于功能材料微驱动器、微流控器件和系统另外脉冲激光还具有特有微部件操控和连接能力因此对MEMS集成和封装技术也作出巨大贡献
参考文献：
[1] 耿淑杰, 激光微加工进展[J]. 激光与红外,1997,27(6):330-332.
[2] 张光照刘焱微机械加工技术传感器技术199716（3）：57-60
[3] 李艳宁唐 洁饶志军宋晓辉胡晓东傅 星胡小唐,脉冲激光MEMS加工技术[J].微纳电子技术,2003:159-163.
[4] RIZVI N. Microstructuring with excimer lasers[J]. MST News, 1999.1:18-21
[5] GOWER M C. Excimer laser: current and future applications in industry and medicine[A].in: CRAFER RC, OAKLEY PJ. Laser Processing in Manufactuing[M]. Chapman & Hall, 1994.
[6] ROMAN C. Excimer lasers drill precise holes with higher yield[J]. Laser Focus World, August 1995.
[7] LI J, ANANTHASURESH GK. A quality study on the excimer laser micromachining of electro-thermal-compliant microdevices[J]. Micromech Microeng. 2001,11；39-47
[8] FLEGING W P, et al. Laser micromachining for applications in thin film technology[J]. Applied Surface Science,2000,154-155:633-639
[9] OSTENDORF A. The use if vacuum UV wavelengths and ultrashort pulses for machining of dielectrics[A]. Proc. ICALEO, 2000 Laser Microfabrication Conf[C].2000,A1-10
[10] http://www.exitech.co.uk/pdfFiles/Thin%20Films%20Paper%20HJB%202003.pdf.
[11] http://www.mhi.co.jp/kobe/mhikobe-e/products/etc/uvlaser.htm
[12] http://www.neoark.co.jp/Eng/eng-PDF/YVO4_355.PDF
其 他 回 答: (共2条)
1楼
分军用和民用 军用咱说了,民用主要应用光学测量仪器\望远镜\照相及摄像镜头 等方面
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