[发明专利]一种飞秒激光在透明材料双面进行高尺寸精度刻型的方法

权利要求书

1.一种飞秒激光在透明材料双面进行高尺寸精度刻型的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：选定透镜组合参数，代入算法求解离焦量；

根据所要加工的透明样品材料光学性质和厚度及加工指标要求等选择锥透镜，平凸与物镜的参数，即选定透镜组合。考虑贝塞尔光束空间光强分布公式r＝0的情况，得到贝塞尔光束在激光传播方向上的主瓣中心处的光强分布公式：

其中，波数k＝2π/λ,λ为激光波长，贝塞尔光束的发散角α为锥透镜底角度数，n_ax为锥透镜的折射率，4f系统的视角放大率Γ＝f1/f2,f1为平凸焦距，f2为物镜焦距，w₀为入射高斯光束半径值，z为最终形成的贝塞尔光束空间不同位置在光束传播方向上的坐标值。

利用所述公式通过matlab计算激光经过选定透镜组合后产生的贝塞尔光束焦深范围内的能量最大点对应的z坐标z0；计算处于半高全宽位置的两个点z坐标z1和z2，即焦深的上下限z坐标，从而得到焦深中点位置z坐标z3；再计算焦深范围内相隔样品厚度h的光强相等的两个位置z坐标z4和z5(z4z5)，计算z3-z4得到正离焦量d1，计算z5-z3得到负离焦量d2。

步骤二：搭建贝塞尔光路进行飞秒激光加工；

飞秒激光高斯光经过锥透镜，平凸和物镜产生长焦深贝塞尔光束垂直入射透过具有一定厚度的透明材料，然后将锥透镜前的激光能量密度调整到待加工样品材料烧蚀阈值的1..5倍至2倍范围内；将样品移动到聚焦光场的焦深范围内，首先通过自动寻焦功能找到焦点位置，再按照matlab计算得出的d1或d2移动平移台使得样品上下表面z坐标分别为z4和z5。这样就使得激光透过样品后上下表面的能量沉积相同，使用激光直写的方法在透明材料表面和内部加工出所要刻型的图案结构，实现对透明材料的在激光传播方向上的改性加工以及保证了上下表面的加工结构的尺寸精度。

步骤三：利用化学溶液对样品进行选择性刻蚀；

将步骤二中激光改性加工完的透明材料样品置于氢氟酸溶液中，利用氢氟酸溶液对改性区域与未改性区域不同的刻蚀速率实现对样品的选择性刻蚀，实现透明材料双面高尺寸精度的刻型加工。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一中选定的透镜组合生成的贝塞尔光束的焦斑直径和焦深能够满足样品加工参数实验所需要的条件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中所述透明材料能够用飞秒激光加工且能够与HF溶液产生化学反应，所述透明材料的厚度范围应满足如下要求：使得相应波长的飞秒激光透过样品后能够在样品上下表面加工上相同宽度的线槽。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中的激光扫描速度为100μm/s-300μm/s。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤三所述氢氟酸溶液为质量分数为5％-10％的优级纯的氢氟酸溶液。