Устройство для обработки объектов лазерным излучением
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
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
09) (И) 511 Н 01 S 3/08
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СЮЧДЕТЕЛЬСТВУ
ВИСМОЯ1 -; Я (21) 2787807/18-25 (22) 02..08.79 (46) 07.03.86, Бюл. У 9 (71) Ордена Ленина физический институт им. П. Н. Лебедева (72) К, И. Земсков, М. А, Казарян и Г. Г. Петраш (53) 621.375.8(088,8) (56) Суминов В. М,. и-др. Обработка деталей лучом лазера. М,, Машиностроение, 1969..
Тычинский В, П, Электронная техни. ка, серия 1, Электроника. С, 84, 1971, Вып. I, с. 52.
Патент США У 3657510, кл. 219-121, 1А, опублик. 1972
Авторское свидетельство СССР
Р 467698, кл. Н О! S 3/22, 1973. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ОИ ЕКТОВ ЛАЗЕРНЬМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, содержащее активный элемент лазера, оптический резонатор, одним из отражате лей которого служит обрабатываемый объект, оптическую систему, расположенную внутри резонатора, светоделитель, систему наблюдения за обрабатываемым объектом, о т л и ч а ющ е е с я 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 этом максимальные поперечные размеры отражающих элементов не превышают размеров пятна рассеяния используемой оптической системы.
2, Устройство по п. 1, о т л ич а 10 щ.е е с я тем, что отражатель ные элементы связаны с устройством для их перемещения в направлениях трех координатных осей.
1 1
Изобретение относится 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 применение для изготовления объектов микроэлектроники, элементов запоминающих устройств для ЭВМ, для вывода и записи информации в ЭВМ и для других
s адач.
Известны устройства для обработки объектов лазерным излучением, в которьм излучение лазера при помощи оптической системы фокусируется на поверхности обрабатываемых объектов.
Известно также устройство, произ-. водящее одновременную обработку многих позиций на поверхности изделия посредством формирования соответствующего распределения интенсивности излучения в плоскости, перпендикуляр,ной распространению луча с применени ем маски соответствующей конфигура ции.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному являетея устройство, содержащее активный элемент лазера, оптический резонатор, .одним из отражателей которого является обрабатываемый объект, фокусирующую оптическую систему, расположенную между активным элементом и обрабатываемым объектом, светоделитель" ную пластину,. расположенную за активным элементом, проектирующую систему и экран для наблюдения, расположенные в -одном из двух пучков, на которые делит излучение светоделительная пластина, Это устройство позво.ляет производить обработку объектов лазерным излучением при одновременном выводе изображения обрабатываемого объекта на большой экран, Описанные устройства производят микрообработку объектов с весьма большой точностью. Однако они облада.
I ют рядом недостатков, Обычно точ« ность .обработки определяется еще тем, насколько совершенна используемаясистема сканирования. лазерного пучка;
Это приводит к тому, что к системам сканирования предъявляются довольно высокие требования. К тому же объем записываемой информации в случае ноточечной обработки в этих системах
030900 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 только обработка объектов относительно простой конфигурации, К тому же из10 за большой мощности излучения, падающего на маску, последняя может претерпевать значительные повреждения. Кроме того, все вышеуказанные 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
25 активный элемент лазера, оптический резонатор, одним из отражателей которого служит обрабатываемый объект, оптическую систему, расположенную внутри резонатора, светоделитель, систему наблюдения за обрабатываемым объектом, второй. отражатель резонатора образован из отдельных отражающих элементов, расположенных в пределах поля зрения в местах, оптически сопря женных с соответствующими участками поверхности обрабатываемого объекта, при этом максимальные поперечные размеры отражающих элементов не превышают размеров пятна рассеяния ис40 пользуемой оптической системы, Кроме того, отражательные элементы связаны с устройством для их пере.мещения 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 литель. 7, детали 8 и 9 проектирующей оптической системы, экран 10 для наблюдения за процессом обработки, отражатель 11 резонатора, устройство перемещения в направлениях трех коор.динатных осей, М
В качестве активного элемента лазера может быть использована активз -10 ная среда лазера, работающего в режи- ме сверхсветимости.
Устройство работает следующим образом.
Обрабатываемый объект 1 располагается вблизи фокуса фокусирующей оптической системы, Для создания мощного светового пучка, используемого для обработки, применяются активный усиливающий элемент 6, детали 2-5 оптической системы и оптический резонатор, образованный отражателем 11 и самим обрабатываемым объектом l.
Отражатель 11 располагается в местах,. оптически сопряженных с соответстI вующнми участками поверхности о6рабатываемого 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 испа-. рения, плавления, нагрева, фотофизического или фотохимического действия иэображение отражателя 11 на поверхности обрабатываемого 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 cer мента с радиусом".кривизны 2 см, в качестве фокусирующей оптической системы - стандартный микрообъектив
I ,с увеличением 8" в качестве второго
Э отражателя резонатора — отражатель, 3 0900 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.
lð. С микрообъективом 8, у которого разрешающая дифракционная способ-.. ность 1,5 мкм, можно записывать информацию на объекте путем. испарения отдельных локальных зон размерами
15 Hpсколько мкм °, В предложенном устройстве соотношение между размерами отдельных отражающих элементов обрабатываемого отражателя и размерами обрабатывае20 мых зон на объекте приближенно определяется увеличением используемой оптической системы, Использование s качестве отражателя, образующего с. обрабатываемам
25 объектом оптический резонатор, совокупности отдельных отражающих элемен
;тов с воэможностью их перемещения
I вдоль трех координатных осей поэволяет 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 данноrq устройства для быстрого вывода информации иэ..ЭВМ и записи ее на мик40 роповерхности, обработки трехмерных объектов сложной конфигурации для целей микрофильмирования и т;и.
Заказ 1013/1
Тираж 598 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4
Редактор .П. Горькова Техред Т. Дубинчак ..Корректор Л. Пилипенко
