Устройство для обработки объектов лазерным излучением

Устройство для обработки объектов лазерным излучением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОБЪЕКТОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ по авт. св. № 467698, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности' 'обработки, зеркало, образующее с об-рабатьшаемым объектом оптический peso*- натор, установлено в плоскости, сопряженной с плоскостью обрабатываемого объекта, причем размеры отражающей поверхности зеркала не превьшают размеров пятна рассеяния, образуемого фокусирующей оптической системой в указанной плоскости.2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что зеркало выполнено в виде кончика иглы.3.Устройство по ПП.1 и 2, о т - личающе еся тем, что зеркало снабжено приспособлением для перемещения в плоскости, сопряженнойс плоскостью обрабатьшаемого объекта.с ^(Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU(1i) (5g 4 Н 01 S 3/08

2 7 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 467698 (21) 2197990/18-25 (22) 08.12.75 (46) 30.03.86. Бюл. 9 12 (71) Ордена Ленина физический институт имени П.Н.Лебедева (72) А.А.Исаев, К.И.Земсков, M.À.Êàsàðÿí и Г.Г.Петраш (53) 621.375 ° 8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 11) 467698, кл. Н 01 S 3/22, 1973. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ОБЪЕКТОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ по авт, св. В 467698, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности обработки, зеркало, образующее с обрабатываемым объектом оптический резонатор, установлено в плоскости, сопряженной с плоскостью обрабатываемого объекта, причем размеры отражающей поверхности зеркала не превьппают размеров пятна рассеяния, образуемого фокусирующей оптической системой в указанной нлоскости.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что зеркало выполнено в виде кончика иглы.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что зеркало снабжено приспособлением для перемещения в плоскости, сопряженной с плоскостью обрабатываемого объекта. Е

638207

40

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для технологической обработки материалов и объектов с предельно допустимой для оптических систем точностью. Особо 5 широкое применение оно может найти в изготовлении объектов микроэлектроники, например для пробивания малых отверстий локальной сварки, резки и т.п. 10

Известно устройство для обработки объектов лазерным излучением, содержащее усиливающий элемент, оптический резонатор, одним из отражателей которого является обрабатываемый объект, 15 фокусирующую оптическую систему, расположенную между усиливающим элементом и обрабатываемым объектом, светоделительную пластину, расположенную за усиливающим элементом, проектирую- 20 щую оптическую систему и экран для наблюдения, расположенные в одном из двух пучков, на которые делит излучение светоделительная пластина. Данное устройство позволяет производить 25 обработку объектов лазерным излуче— нием при одновременном выводе изображения обрабатываемого объекта на большой экран. Тем самым удается проводить непрерывный контроль за процессом обработки. Область воздействия мощного обрабатываемого лазерного луча в известном устройстве можно менять при изменении радиуса кривизны обрабатывающего зеркала резонатора и изменении длины самого- резонатора.

С этим устройством удается производить микрообработку объекта: пробивать отверстия, выжигать полосы с минимальными размерами вплоть до

5 мкм. Однако более точной обработки не удается достигнуть подбором радиуса кривизны обрабатывающего зеркала и. длины резонатора. 45

Цель изобретения — повышение точности обработки объекта.

Это достигается тем, что в известном устройстве зеркало, образующее с обрабатываемым объектом оптический резонатор, установлено в плоскости, сопряженной с плоскостью обрабатывае мого объекта, причем размеры отраженной поверхности зеркала не превышают размеров пятна рассеяния, образуемо55 го фокусирующей оптической системой в указанной плоскости; также тем, что зеркало, выполненное, например, в виде кончика иглы, снабжено приспособлением для перемещения в плос— кости, сопрояженной с плоскостью обрабатываемого объекта.

На чертеже показано описываемое устройство, где 1 — обрабатываемый объект, 2 — фокусирующая система, 3 усиливающая лазерная среда, 4 — светоделительная пластина, 5 — управляющий оптический затвор, 6 — отражатель резонатора, 7 — проектирующая оптическая система, 8 — экран для наблюдения обрабатываемого объекта.

В качестве лазера может быть использован лазер, работающий в режиме сверхсветимости.

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемый объект 1 располагается в плоскости вблизи фокуса фокусирующей оптической системы 2.

Для создания мощного лазерного луча, используемого для обработки, принимается усиливающая лазерная среда 3, оптическая фокусирующая система 2 и оптический резонатор, образованный отражателем 6 и самим обрабатываемым объектом 1. Управляемый оптический затвор позволяет включать резонатор в любой заданный момент и на любое время. При включении резонатора образуется мощный лазерный пучок, который фокусируется оптической системой 2 на поверхность объекта в пятно малых размеров, что и дает.возможность обрабатывать объект путем локального испарения, плавления или нагрева малых областей объекта. Отражатель 6 располагается в плоскости, сопряженйой с плоскостью, в которой расположен обрабатываемый объект, причем размеры отражателя 6 не превосходят размеров пятна рассеяния, образуемого оптической системой 2 в плоскости расположения отражателя 6.

Предложенное устройство для обработки объекта лазерным излучением было осуществлено с помощью активной усиливающей среды лазера на парах меди. Один из осуществленных вариантов предложенного устройства содержал в качестве объекта тонкий слой алюминия

1 напиленного на стеклянную подложку, в качестве фокусирующей оптической системы — стандартный микрообъектив

К с увеличением 8, в качестве второго отражателя оптического резонатора— кончик обычной швейной иглы. Проведенные эксперименты показали что ь

Техред О.Гортвай,Редактор П.Горькова

Корректор В.Бутяга

Заказ 1626/4 Тираж 597 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 6 предложенное устройство позволяет производить обработку объектов с точностью, близкой к предельно возможной, для данной оптической системы, используемой в предложенном устройстве. Так, для микрообъектива 8,у ко" торого разрешающая дифракционная способность около 1 мкм, удается прожигать путем локального испарения или плавления области, размером около 1 мкм, или путем перемещения головки иголки в пределах поля зрения лазерного проекционного микроскопа в плоскости, сопряженной с плоскостью обрабатываемого объекта, прочерчивать на обрабатываемом объекте полосы любой конфигурации, шириной около 1мкм.

Результаты вышеприведенного опыта показали, что в предложенном устройстве достигается дифракционный предел разрешения оптических систем.

Соотношение между размерами отражающих поверхностей обрабатывающего

38207 4 отражателя и размерами обрабатываемои зоны приближенно определяется соотношением 1 /1,, где 1, — расстояние между фокусирующей оптической системой и обрабатываемым объектом, 1 — расстояние между фокусирующей оптической системой и обрабатывающим отражателем. Для данных условий эксперимента отношение 1 /1, -100, так что размер отражающей поверхности кончика иглы мог бы составить величину около

100 мкм.

Существенным преимуществом укаэанного устройства является возможность использования простого отражателя для формирования мощного обрабатывающего луча света. Причем, как указывалось выше, важны только размеры отражающей поверхности отражающего элемента и практически никак не сказывается на точности обработки качество поверхности отражающего элемента.