[发明专利]飞秒激光与离子束刻蚀联合修调半球谐振子的方法及装置

权利要求书

1.一种飞秒激光与离子束刻蚀联合修调半球谐振子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1 对半球谐振子进行模态分析，建立三维模型，在所述三维模型支撑柱的上下两个平面添加固定约束，得到谐振子的二阶固有频率；同时建立缺陷谐振子模型，仿真调平过程，得到频率裂解值与去除质量的关系；

S2 在与半球谐振子材料相同的样品材料上测量半球谐振子材料的烧蚀阈值，确定不同能量对应的加工深度，使用离子束刻蚀样品材料确定去除质量与加工时间、能量、面积的关系，得到不平衡质量对应的加工参数；

S3 根据所述S1得到的二阶模态固有频率，使用频率在固有频率±5Hz内，频率步长为0.01Hz的交流正弦高压信号激励谐振子，得到半球谐振子幅值信息，分析得到频率裂解值、品质因数和刚性轴位置；

S4 使用能量等于材料烧蚀阈值的飞秒激光或者离子源能加工的最小加工电压进行质量去除，根据实际得到的去除质量与频率裂解值的关系，确定需要去除的质量、加工参数与加工时间；

S5 根据所述S4确定需要去除的质量、加工参数与加工时间，使用飞秒激光与离子束刻蚀进行联合加工；

S6 重复S3和S5，直至半球谐振子的频率裂解值和加工质量符合要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

将离子束刻蚀与飞秒激光集成到一个加工工序内，所述离子束刻蚀与飞秒激光加工同时进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

对于纳克级以上的不平衡质量使用飞秒激光进行快速加工去除，对于纳克级以下的不平衡质量则使用离子束刻蚀进行去除。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述加工环节在真空环境下进行。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述飞秒激光脉冲经过时空整形，其中时域整形使用迈克尔逊干涉仪，通过调节其中一个臂的距离来调节时间；空域整形则通过衍射光学元件来实现高斯型向平顶光的转变。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用外延法测量烧蚀阈值。

7.一种飞秒激光与离子束刻蚀联合修调半球谐振子的装置，其特征在于，

包括：时域整形模块、能量衰减模块、空域整形模块、振镜加工模块、真空模块、频率测试模块、离子束加工模块、侧面成像模块；

所述时域整形模块由迈克尔逊干涉仪和一维位移台组成，通过调节干涉仪其中一臂的距离来调节延时，用于实现飞秒-皮秒级的延时；

所述能量衰减模块由半波片和偏振片组成，通过调节半波片的角度来调节激光的能量，以满足不同加工深度的要求；

所述空域整形模块由衍射光学元件组成，用于实现高斯型脉冲向平顶型脉冲形状转变；

所述振镜加工模块由振镜和位移台组成，通过程序来控制激光聚焦位置；

所述真空模块由真空腔、机械泵和分子泵组成，用于实现离子束加工和频率特性测试的真空环境；

所述频率测试模块由FPGA芯片、AD/DA模块、上位机软件、JTAG接口、串口和电压放大器组成，用于进行扫频或锁相控制；

所述离子束加工模块由离子源和电源组成，用于实现纳克级以下的不平衡质量去除；

所述侧面成像模块由LED和工业相机CCD组成，LED用于提供光源，CCD观测加工过程。