[发明专利]一种皮秒激光清洗装置

说明书

本发明公开了一种皮秒激光清洗装置，包括控制系统以及水冷系统、腔倒空激光器系统、光学传输系统和凹面镜扫描系统，所述的水冷系统、腔倒空激光器系统和凹面镜扫描系统分别与控制系统连接，腔倒空激光器系统产生的高能量脉冲激光通过光学传输系统传送至凹面镜扫描系统，水冷系统通过冷却水的循环，带走腔倒空激光器系统产生的热量，控制系统对水冷系统的水温和凹面镜扫描系统的扫描线宽、扫描方向及扫描频率进行控制；所述的腔倒空激光器系统包括半导体泵浦激光器、耦合透镜、输入镜、增益介质、薄膜偏振片、普克尔盒以及半导体可饱和吸收镜；本发明整体结构简单，体积小，性能稳定，适用范围广、生产维护容易，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于激光清洗技术领域，主要涉及一种激光清洗装置，尤其涉及基于腔倒空技术的皮秒激光清洗装置。

背景技术

激光以其单色性好、发散角小、高亮度、高能量密度等特点，自上个世纪60年代科学家梅曼研制出第一台激光器以来，被广泛应用于军事、医疗、工业等多个领域。而激光清洗技术主要利用激光能量密度高的特性，用聚焦后的激光作用于工件的表面，使表面的污染物、锈斑或涂层产生焰化、气化或者震动等物理或化学变化，从而使表面的附着物或者涂层高速、有效地被清除。

与工业生产中常用的手工/机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比，激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应、不损伤基底、清洗洁净度和效率高、操作方便快捷、运行成本低、无二次污染，材质适应性广泛和不损害操作人员健康等特点。激光清洗技术作为一种最可靠、最有效的“绿色”清洗技术在清洗行业中独具优势。

随着工业技术的发展，在加工过程中对效率和精密度的要求越来越高，尤其是对于半导体器件以及电子元器件等超精密零件的清洗，传统的机械和化学方法等已经难以满足对清洗精度的要求。因此，激光清洗技术除了轮胎模具、脱漆除锈、建筑材料等方面的应用以外，还可以满足光学材料、微电子元件表面等高精度、精密器件的清洗。随着大规模集成电路的飞速发展，IC集成度逐步提高，针脚越来越多，即使微米级污垢也可能会影响电子产品的工作性能。通过化学或机械等传统的清洗方式，很容易造成器件表面的损伤。而激光清洗技术利用金属和非金属材料对同一波长激光的吸收系数不同，在清除氧化层污染物的同时不会造成元器件的损坏。而且激光清洗技术具有对准精度高等优势，完全可以满足微电子器件、光学元件等精密零件对清洗精度的要求。

相对于国外的激光清洗设备种类、型号、方法技术齐全，国内对于激光清洗技术的研究和设备的开发尚处于起步阶段，基本上是跟踪国外的发展。虽然在较短时间内取得了一些成果，但是与国外相比还存在一定的差距。目前，国内开发的激光清洗产品多是采用调Q（声光/电光）的方式获得纳秒级高峰值功率的激光脉冲输出，通过聚焦透镜会聚成小光斑以形成高能量密度来达到清洗阈值。

这种激光清洗方式操作方便、体积较小，但由于峰值功率低，对于一些顽固污染物，需要较大的脉冲能量，易导致系统体积庞大。而使用皮秒量级的激光脉冲进行清洗时，由于其脉冲宽度更窄，峰值功率高，只要很小的脉冲能量就能达到便可以达到污染物的清洗阈值。

现阶段获取皮秒激光脉冲的方式主要通过谐振腔，通过在腔内加入锁模元器件，从而实现皮秒量级激光脉冲的输出。但是其输出脉冲的重复频率由谐振腔的腔长决定，其数值大小一般为50-150兆赫兹（MHz），且输出的单脉冲能量通常只有纳焦（nJ）量级，应用范围有限。

而在谐振腔后加上激光脉冲放大系统，可有效地提高脉冲能量的输出，满足实际应用的需求。但是放大系统同时需要种子光谐振腔和放大腔，存在系统尺寸较大、不易调节、成本昂贵等问题，不利于激光清洗系统的集成及小型化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于腔倒空技术的皮秒激光清洗装置，该装置结构简单，可以在单个谐振腔中实现高重复频率（10kHz-1MHz）、大脉冲能量（uJ微焦量级）的激光脉冲输出，满足微电子器件、光学元件等精密零件激光清洗的应用要求。