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

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для технологической обработки материалов и объектов с предельно допустимой для оптических систем точностью. Особо широкое применение оно может найти в изготовлении объектов микроэлектроники, например для пробивания малых отверстий локальной сварки, резки и т.п.

Известно устройство для обработки объектов лазерным излучением, содержащее усиливающий элемент, оптический резонатор, одним из отражателей которого является обрабатываемый объект, фокусирующую оптическую систему, расположенную между усиливающим элементом и обрабатываемым объектом, светоделительную пластину, расположенную за усиливающим элементом, проектирующую оптическую систему и экран для наблюдения, расположенные в одном из двух пучков, на которые делит излучение светоделительная пластина. Данное устройство позволяет производить обработку объектов лазерным излучением при одновременном выводе изображения обрабатываемого объекта на большой экран. Тем самым удается проводить непрерывньш контроль за процессом обработки. Область воздействия мощного обрабатываемого лазерного луча в известном устройстве можно менять при изменении радиуса кривизны обрабатывающего зеркала резонатора и изменении длины самого резонатора.

С этим устройством удается производить микрообработку объекта: пробивать отверстия, выжигать полосы с минимальными размерами вплоть до 5 мкм. Однако более точной обработки не удается достигнуть подбором радиуса кривизны обрабатывающего зеркала И- длины резонатора.

Цель изобретения - повышение точности обработки объекта.

Это достигается тем, что в известном устройстве зеркало, образующее с обрабатываемым объектом оптический резонатор, установлено в плоскости, сопряженной с плоскостью обрабатываемого объекта, причем размеры отраженной поверхности зеркала не превышают размеров пятна рассеяния, образуемого фокусирующей оптической системой в указанной плоскости; также тем, что зеркало, выполненное, например.

в виде кончика иглы, снабжено приспособлением для перемещения в гьчоскости, сопрояженной с плоскостью обрабатываемого объекта.

На чертеже показано описываемое устройство, где 1 - обрабатываемый объект, 2 - фокусирующая система, 3 усиливакнцая лазерная среда, 4 - светоделительная пластина, 5 - управляющий оптический затвор, 6 - отражатель резонатора, 7 - проектирующая оптическая система, 8 - экран для наблюдения обрабатываемого объекта. В качестве лазера может быть использован лазер, работающий в режиме сверхсветимости.

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемый объект 1 располагается в плоскости вблизи фокуса

фокусирующей оптической системы 2. Для создания мощного лазерного луча, используемого для обработки, принимается усиливающая лазерная среда 3, оптическая фокусирующая система 2

и оптический резонатор, образованный отражателем 6 и самим обрабатываемым объектом 1. Управляемый оптический затвор позволяет включать резонатор в любой заданный момент и на любое

время. При включении резонатора образуется мощный лазерный пучок, которьй фокусируется оптической системой 2 на поверхность объекта в пятно малых размеров, что и дает.возможность обрабатывать объект путем локального испарения, плавления или нагрева малых областей объекта. Отражатель 6 располагается в плоскости, сопряженной с плоскостью, в которой

расположен обрабатываемый объект, причем размеры отражателя 6 не превосходят размеров пятна рассеяния, образуемого оптической системой 2 в плоскости расположения отражателя 6.

Предложенное устройство для обработки объекта лазерным излучением бьшо осуществлено с помощью активной усиливающей среды лазера на парах меди. Один из осуществленных вариантов

предложенного устройства содержал в качестве объекта тонкий слой алюминия, напыленного на стеклянную подложку, в качестве фокусирующей оптической системы - стандартный микрообъёктив

с увеличением 8, в качестве второго отражателя оптического резонатора кончик обычной швейной иглы. Проведенные эксперименты показали, что

предложенное устройство позволяет производить обработку объектов с точностью, близкой к предельно возможной, для данной оптической системы, используемой в предложенном устройстве. Так, для микрообъектива 8 ,у которого разрешающая дифракционная способность около 1 мкм, удается прожигать путем локального испарения или плавления области, размером около 1 мкм, или путем перемещения головки иголки в пределах поля зрения лазерного проекционного микроскопа в плоскости, сопряженной с плоскостью обрабатываемого объекта, прочерчивать на обрабатываемом объекте полосы любой конфигурации, шириной около 1 мкм. Результаты вьшеприведенного опыта показали, что в предложенном устройстве достигается дифракционный предел разрешения оптических систем.

Соотношение между размерами отражающих поверхностей обрабатывающего

отражателя и размерами обрабатываемой зоны приближенно определяется соотношением ij, /1, , где 1, - расстояние между фокусирующей оптической системой и обрабатываемым объектом, 1 расстояние между фокусирующей оптической системой и обрабатьтающим отражателем. Для данных условий эксперимента отношение Ij,/1,, так что

размер отражающей поверхности кончика иглы мог бы составить величину около 100 мкм.

Существенным преимуществом указанного устройства является возможность

использования простого отражателя

для формирования мощного обрабатывающего луча света. Причем, как указывалось выше, важны только размеры отражающей поверхности отражанндего

элемента и практически никак не сказьшается на точности обработки каtiecTBO поверхности отражающего элемента.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОБЪЕКТОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ по авт. св. № 467698, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности' 'обработки, зеркало, образующее с об-рабатьшаемым объектом оптический peso*- натор, установлено в плоскости, сопряженной с плоскостью обрабатываемого объекта, причем размеры отражающей поверхности зеркала не превьшают размеров пятна рассеяния, образуемого фокусирующей оптической системой в указанной плоскости.2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что зеркало выполнено в виде кончика иглы.3.Устройство по ПП.1 и 2, о т - личающе еся тем, что зеркало снабжено приспособлением для перемещения в плоскости, сопряженнойс плоскостью обрабатьшаемого объекта.с ^(Л