Устройство для обработки объектов лазерным излучением Советский патент 1986 года по МПК H01S3/08 

Изобретение OTHOCHTJCH к области квантовой электроники и может быть использовано для технологической мно гопозиционной обработки материалов и объектов с предельно допустимой для оптических систем точностью и большим объемом записи информации. Оно может найти широкое примене кие для изготовления объектов микроэлектроники, элементов запоминаюпргх устройств для ЭВМ, для вьшода и записи информации в ЭВМ и для других задач. Известны устройства для обработки объектов лазерным излучением, в которых излучение лазера при помощи оптической системы фокусируется на поверхности обрабатываемых объектов. Известно также устройство, производящее одновременную обработку многих позиций на поверхности изделия посредством формирования соответструющего распределения интенсивности излучения в плоскости, перпендикуляр ной распространению луча с применением маски соответствующей конфигурации. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее активный элемент лазера, оптический резонатор, одним из отражателей которого является обрабатываемый объект, фокусирующую оптическую систему, расположенную между активным элементом и о рабатываемым объектом, светоделител ную пластину, расположенную за акти ным элементом, проектирующую систем и экран для наблюдения, расположенные в одном из двух пучков, на кото рые делит излучение светоделитель- ная пластина. Это устройство позволяет производить обработку объектов лазерным излучением при одновременном вьюоде изображения обрабатываем го объекта на большой экран. Описанные устройства производят микрообработку объектов с весьма , большой точностью. Однако они облад ют рядом недостатков. Обычно точность-обработки определяется еще те насколько совершенна используемаясистема сканирования лазерного пучк Это приводит к тому, что к системам сканирования предъявляются довольно высокие требования, К тому же объем записываемой информации в случае поточечной обработки в этих система 002 определяется скоростью сканирования лазерного луча или обрабатываемого объекта и частотой повторения лазерных импульсов и поэтому не может быть слишком велик. В случае использования маски соответствующей конфигурации, как правило, возможна толь-ко обработка объектов относительно простой конфигурации. К тому же изза большой мощности излучения, падающего на маску, последняя может претерпевать значительные повреждения. Кроме того, все вьшеуказанные устройства позволяют проводить обработку только плоских объектов, что сильно ограничивает возможный класс обрабатываемых объектов. Целью изобретения является повышение скорости обработки, в частности, трехмерных объектов сложной конфигурации. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для обработки объектов лазерным излучением, содержащем активный элемент лазера, оптический резонатор, одним из отражателей которого служит обрабатываемый объект, оптическую систему, расположенную внутри резонатора, светоделитель, систе1 1у наблюдения за обрабатывае1 лм объектом, второй.отражатель резонатора образован из отдельных отражающих поля зрения в местах, оптически сопряженных с соответствующими участками поверхности обрабатываемого объекта, при этом максимальные поперечные размеры отражающих элементов не превышают размеров пятна рассеяния используемой оптической системы. Кроме того, отражательные элементы связаны с устройством для их перемещения в направлениях трех координатных осей. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Оно содержит обрабатываемый объект 1, детали 2-5 оптической системы, активный элемент 6 лазера, светод ели- тель 7, детали 8 и 9 проектирующей оптической системы, экран 10 для наблюдения за процессом обработки, отражатель 11 резонатора, устройство перемещения в направлениях трех кооргдинатных осей, В качестве активного элемента да- зера может быть использована актив-

ная среда лазера, работающего в режиме сверхсветимости.

Устройство работает следуюпщм образом.

Обрабатыв.аемзй объект 1 располагяется вблизи фокуса фокусирующей оптической системь. Для создания мощного светового пучка, используемого для л обработки, применяются активный усиливающий элемент 6, детали 2-5 оптической системы и оптический резонатор, образованный отражателем 11 и самим обрабатьшаемым объектом 1. Отражатель 1 1 располагается в местах оптически сопряженных с соответствующими участками поверхности обрабатываемого объекта, ртражатель 11 и обрабатываемый объект образуют мощный световой пучок, несущий оптическую информацию, .который фокусируется оптической системой 2-5 на поверхность объекта 1, образуя путем испарения, плавления, нагрева, фотофизического или фотохимического действия изображение отражателя 11 на поверхности обрабатьшаемого объекта 1.

Предложенное устройство для обработки объектов лазерным излучением осуществлено с помощью активного усиливающего элемента лазера на парах меди, работающего с большой частотой повторения лазерных импульсов 10 кГц, Один из осуществленных вариантов предложенного устройства содержит в качестве объекта тонкий слой алюминия, нанесенный на прозрачную подложку, имеющую форму шарового сегмента с радиусом .кривизны 2 см, в качестве фокусирующей оптической системы - стандартный микрообъектив ;С увеличением 8, в качестве второго отражателя резонатора - отражатель.

выполненный в виде совокупности трехмерных знаковых и цифровых символов, набранный из отдельных маленьких зеркал. Проведенные эксперименты показали, что предложенное устройство позволяет производить обработку с точностью, близкой к предельно возможной для оптической системы, используемой в предложенном устройстве.

чг

с микрообъективом 8 , у которого разрешакяцая дифракционная способг ность 1,5 мкм, можно записьгоать информацию на объекте путем испарения отдельных локальных зон размерами

нёс к6лько мкм. ,

В предложенном устройстве соотношение между размерами отдельных отражающих элементов обрабатываемого отражателя и размерами обрабатываемых зон на объекте приближенно определяется увеличением используемой оптической систеьы.

Использование в качестве отражателя, образующего с обрабатываемым объектом оптический резонатор, совокупности отдельных отражающих элемен тов с возможностью их перемещения вдоль трех координатных осей позволяет значительно повысить скорость обработки, в частности, объектов сложной конфигурации, выпуклых вогнутых и т, п,

Передача и запись информации в виде знаковых, цифровых символов или ее запись, в частности, на объектах сложной конфигурации открывает широкие возможности использования давно- rq устройства для быстрого вывода информации из.ЭВМ и записи ее на микроповерхности, обработки трехмерных объектов сложной конфигурации для целей микрофильмирования и т-.п.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОБЪЕКТОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛЗ ЕНИЕМ, содержащее активньй элемент лазера, оптический резонатор, одним из отражате лей которого служит обрабатываемый объект, оптическую систему, расположенную внутри резонатора, светоделитель, систему наблюдения за обрабатьшаемым объектом, отличающееся тем, что, с целью повышения скорости обработки, в частности, объектов сложной конфигурации, второй отражатель резонатора образован из отдельных отражающих элементов, расположенных в пределах поля зрения в местах, оптически сопряженных с соответствующими участками поверхности обрабатываемого объекта, при зтом максимальные поперечные размеры отражающих элементов не превьшают пятна рассеяния используемой оптической системы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отражательные элементы связаны с устройс1:вом для их перемещения в направлениях трех координатных осей. СР о CD