[发明专利]利用超短脉冲激光的透明材料加工

权利要求书

1.一种用于在透明材料的表面之下产生激光改性结构的图案的方法，包括

利用紧密聚焦的超短激光脉冲在材料内的不同深度处形成多条线；

通过控制所述激光的参数来控制所述线的粗糙度；和

利用大体垂直于所述线传播的光照射所述线。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述超短脉冲的脉冲宽度小于约1ns，并且其中所述透明材料包括透明聚合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中紧密聚焦的超短脉冲内的总能量小于约20μJ。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制包括调整散射对比度和散射角中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述透明材料包括聚碳酸酯，并且其中紧密聚焦的超短脉冲具有的脉冲宽度小于约1ps，并且脉冲能量小于约1μJ。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在所述超短脉冲和所述材料之间产生相对运动；以及通过控制所述激光的参数和所述运动使得图案的截面积沿观察方向与沿照射方向相比更小来控制所述线的深度对宽度的纵横比。

7.一种用于在透明材料的表面之下产生激光改性结构的图案的系统，包括：

激光子系统，它产生脉冲宽度在约10fs-约500ps范围内的脉冲；

定位系统，它相对于所述材料定位所述脉冲；

光学系统，它聚焦所述脉冲并在所述材料内形成至少一个结构，所述至少一个结构具有深度、宽度和物理特性，其用于沿检测方向产生可检测的辐射来响应沿第一照射方向入射的受控照射。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述脉冲的脉冲宽度在大约100fs-200ps的范围内，并且其中所述激光源包括基于光纤的啁啾脉冲放大器系统。

9.一种用于改性透明材料的基于激光的系统，包括：

脉冲激光装置，它产生脉冲激光输出；

多焦点光束发生器，它接收所述输出，所述发生器被设置成利用所述输出形成多个聚焦光束，每个聚焦光束具有光束腰，所述光束腰相对于所述材料在深度上间隔，所述多个聚焦光束中的至少一个光束腰位于所述材料内并且造成所述材料的改性；

运动系统，它产生在所述材料和所述聚焦光束之间的相对运动；和

控制器，它连接至所述脉冲激光装置和所述运动系统，并且控制所述系统使得所述多个聚焦光束在所述相对运动期间形成。

10.根据权利要求9所述的基于激光的系统，其中所述多焦点光束发生器包括波长转换器，并且所述聚焦光束包括多个波长。

11.根据权利要求10所述的激光系统，其中第一波长是IR波长而第二波长是长于所述材料的吸收边缘的可见或近UV波长。

12.根据权利要求9所述的激光系统，其中所述多焦点光束发生器包括偏振元件，并且所述聚焦光束包括多个偏振。

13.根据权利要求12所述的激光系统，其中所述偏振包括圆偏振。

14.根据权利要求9所述的激光系统，其中所述在深度上间隔的光束腰在沿着所述聚焦光束的传播方向的共线位置处形成。

15.根据权利要求9所述的激光系统，其中在辐照时间间隔期间形成所述多个聚焦光束，并且在所述时间间隔期间的所述相对运动产生小于约聚焦光束的光束腰直径的相对位移，并且其中所述在深度上间隔的光束腰大致沿所述表面的法向方向形成，并且在对应于大致垂直于所述表面的平面的一部分的局部区域内。

16.根据权利要求9所述的激光系统，其中所述聚焦光束在小于约10ns的辐照时间间隔期间形成，并且所述相对运动包括在大约1mm/sec直到大约10m/sec范围内的速度。

17.根据权利要求9所述的激光系统，其中至少一个产生的脉冲输出包括脉冲宽度在大约10fs-100ps范围内的激光脉冲。

18.根据权利要求9所述的激光系统，其中所述多焦点光束发生器包括光束分束器和光束组合器被设置成沿着多个光学路径传播光束，并且聚焦元件被设置成控制所述光束的焦点并且形成所述在深度上间隔的光束腰。