CN118808887A - 基于振镜的激光干涉微纳制造系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于振镜的激光干涉微纳制造系统，包括激光器，激光分束光传输装置，第一振镜接收所述第一相干光束，第二振镜接收第二相干光束；加工平台包括载台、X轴移动模组和Y轴移动模组，载台用于装载待加工件，待加工件的表面划分有阵列排布的多个加工分区，载台设置于X轴移动模组上，X轴移动模组设置于Y轴移动模组上，经第一振镜控制后的第一相干光束与经第二振镜控制后的第二相干光束汇聚而形成干涉光斑，干涉光斑在每个加工分区内加工出分块图案，在X轴移动模组和Y轴移动模组的协同运动下，带动载台相对第一振镜和第二振镜平移，以使干涉光斑逐个移动到所有的加工分区内以实现所有分块图案拼接加工得到完整图案。

Description

基于振镜的激光干涉微纳制造系统

技术领域

本发明涉及微纳加工的技术领域，尤其涉及一种基于振镜的激光干涉微纳制造系统。

背景技术

微纳功能表面在工程技术应用中所表现出的奇异现象和规律将改变现有理论框架，孕育着新的技术革命，给材料、信息、绿色制造、生物和医学等领域带来了极大的发展空间。现有激光微纳制造技术展现出其独有的优势和潜力，但在大面积、低成本和高效制备方面仍未取得重大突破，束缚了激光微纳制造技术在国防、航空航天、工业和医疗等领域的应用。其根本原因在于缺乏高效的激光微纳制造方法和设备。

2019年，德国亚深工业大学Chao He等(Journal of Laser Micro/Nanoengineering，2019.14(1):95-99)将激光干涉与位移(XY)平台结合，实现激光干涉大面积拼接微纳制造。该技术中光斑拼接过程完全依赖于位移平台，光斑的拼接精度决定于位移平台的精度，其加工效率也取决于位移平台的位移速度，众所周知，位移平台的运动速度远远低于振镜调控光斑移动的速度，该技术仍然无法满足大面积微纳阵列结构高效制造的商业化需求。

2023年，南方科技大学康旭等(Optica,2023,10(1):97-104)将激光调制为线形激光进行干涉加工提升了纳米尺度光栅的加工效率，其最高加工速度可达：60mm²/s。该技术虽然一定程度上提高了纳米光栅的制备效率，但光斑拼接和加工速度依然依赖于位移平台，而且由于激光光斑被调制为线形，其仅限于光栅结构的制备。

现有的激光振镜逐点扫描激光加工技术存在加工效率低和特征尺寸较大等不足。尽管激光干涉技术与位移平台结合，提升了加工效率并具备了纳米量级特征尺寸制备的能力，然而，加工速度依然受限于位移平台的移动效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于振镜的激光干涉微纳制造系统，用于解决现有技术微纳阵列结构的加工速度受限于位移平台的移动效率，无法实现大面积图案加工的问题。

根据本发明的一方面，提供一种基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，包括：

激光器，用于发出加工激光；

激光分束光传输装置，所述激光分束光传输装置与所述激光器的出光口相对设置，并用于将接收到的加工激光分成至少第一相干光束和第二相干光束；

第一振镜和第二振镜，所述第一振镜与所述第二振镜设置于所述激光分束光传输装置的后端，所述第一振镜接收所述第一相干光束，所述第二振镜接收第二相干光束；

加工平台，所述加工平台设置于所述第一振镜和所述第二振镜的下方，所述加工平台包括载台、X轴移动模组和Y轴移动模组，所述载台用于装载待加工件，所述待加工件的表面划分有阵列排布的多个加工分区，所述载台设置于所述X轴移动模组上，所述X轴移动模组设置于所述Y轴移动模组上，经所述第一振镜控制后的所述第一相干光束与经所述第二振镜控制后的所述第二相干光束汇聚而形成干涉光斑，所述干涉光斑在每个加工分区内加工出分块图案，在所述X轴移动模组和所述Y轴移动模组的协同运动下，带动所述载台相对所述第一振镜和所述第二振镜平移，以使所述干涉光斑逐个移动到所有的所述加工分区内以实现所有分块图案拼接加工得到完整图案。

在其中一个实施例中，所述第一振镜在所述载台上扫描范围与所述第二振镜在所述载台上扫描范围的扫描重叠区域设为加工区域S，所述第一振镜与所述第二振镜等高设置且出光口到加工面的距离设为H，所述第一相关光束和所述第二相干光束的干涉入射角设为θ，所述第一振镜与所述第二振镜之间的距离设为d，所述第一振镜和所述第二振镜的出光口到振镜边的距离设为k，最大干涉入射角设为θ₁；

其中，S、H、θ1、d和k相关，且有：

S＝2Htanθ1[2Htanθ1-(d+2k)]。

在其中一个实施例中，

E＝P*t (2)

其中，Cd——加工深度(衡量微结构成型度的指标)(mm)

EC——树脂临界能量(材料特性)(mJ/mm²)

Dp——树脂穿透深度(材料特性)(mm)

P——激光功率(mW/mm²)

t——加工时间(s)

s——单个光斑的面积(mm²)

由公式(1)和(2)推导：

公式(4)中，EC、Dp为光敏树脂定值，s为一个光斑的面积也为确定值；因此，v与W成正比。

在其中一个实施例中，所述X轴移动模组包括托盘、X轴伺服电机、X轴精密丝杆和X轴传动螺母，所述X轴伺服电机设置于所述托盘并与所述X轴精密丝杆连接，所述X轴传动螺母套设于所述X轴精密丝杆的外部并与所述载台连接，所述Y轴移动模组包括Y轴伺服电机、Y轴精密丝杆和Y轴传动螺母，所述Y轴伺服电机与所述Y轴精密丝杆连接，所述Y轴传动螺母套设于所述Y轴精密丝杆的外部并与所述托盘连接。

在其中一个实施例中，所述激光分束光传输装置包括分束件和反射镜，所述分束件与所述激光器的出光口相对，所述分束件用于将加工激光分成所述第一相干光束和所述第二相干光束，所述第一相干光束穿过所述分束件后继续传输，所述反射镜间隔设置于所述分束件的相对侧，所述经所述分束件反射分离出的所述第二相干光束传射到所述反射镜上，再通过所述反射镜的反射后继续传输；其中，所述第二相干光束与所述第一相干光束平行传输。

在其中一个实施例中，所述分束件采用分束镜或者光栅的其中任意一种。

在其中一个实施例中，所述激光分束光传输装置还包括第一偏振片和第一波片，所述第一偏振片间隔设置于所述分束件的后端，所述第一波片间隔设置于所述第一偏振片的后端，并位于所述第一偏振片与所述第一振镜之间。

在其中一个实施例中，所述激光分束光传输装置还包括第二偏振片和第二波片，所述第二偏振片间隔设置于所述反射片的后端，所述第二波片间隔设置于所述第二偏振片的后端，并位于所述第二偏振片与所述第二振镜之间。

在其中一个实施例中，当使用两个二维扫描振镜控制对应出射激光束进行汇聚时，在待加工件表面呈现条纹结构图案，当使用三个及其以上二维扫描振镜分别控制与之对应的激光束汇聚时，在被加工样件表面呈现点阵结构图案。

在其中一个实施例中，所述基于振镜的激光干涉微纳制造系统还包括工控机和运动控制器，所述工控机与所述运动控制器电连接，所述运动控制器与所述激光器、所述第一振镜和所述第二振镜电连接。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本方案的基于振镜的激光干涉微纳制造系统工作时，由激光器发出的加工激光会首先传输至激光分束光传输装置，激光分束光传输装置会将加工激光分成至少第一相干光束和第二相干光束，紧接着第一相干光束继续传输至第一振镜，同时第二相干光束继续传输至第二振镜，使得经第一振镜控制后的第一相干光束和经第二振镜控制后的第二相干光束会汇聚于加工平台上并形成干涉光斑，其中第一振镜与第二振镜的扫描范围的重叠面积为加工范围，当干涉光斑移动到待加工件表面的加工分区内时，加工范围与加工分区重叠，第一相干光束和第二相干光束对焦于干涉光斑并在第一振镜和第二振镜的持续控制下，按照预设路径扫描完成对应加工分区内分块图案加工，在此基础上，在X轴移动模组和Y轴移动模组的协同运动下，带动载台相对第一振镜和第二振镜平移，以使干涉光斑逐个移动到所有的加工分区内以实现所有分块图案拼接加工得到完整图案。相较于现有技术，本方案将振镜控制激光束高速扫描的特点与激光干涉大面积高精度图案化优势结合起来，能够实现快速，大幅面的激光微纳增/减材制造，同时，还兼顾了宏观结构数字化加工和海量高精度微观结构的特点，调节振镜的扫描速度和角度，以及激光器的功率和脉宽，来控制微观结构的深度、宽度、特征尺寸，以达到最佳的增材制造质量和效率，由此实现降低微纳结构加工难度，提高微纳结构制备效率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例的基于振镜的激光干涉微纳制造系统的结构示意图；

图2为基于振镜的激光干涉微纳制造系统的加工范围的示意图；

图3为干涉光斑在Z轴上移动的示意图；

图4为干涉光斑在X轴上移动的示意图；

图5为加工涂匀光固化树脂的玻璃基底效果示意图；

图6为光固化树脂的玻璃基底加工后电镜扫描图；

图7为基于振镜的激光干涉微纳制造系统进行大面积图案拼接加工的示意图。

其中：

100、基于振镜的激光干涉微纳制造系统；10、激光器；20、激光分束光传输装置；21、分束件；22、反射镜；23、第一偏振片；24、第一波片；25、第二偏振片；26、第二波片；30、第一振镜；40、第二振镜；50、加工平台；51、载台；52、X轴移动模组；53、Y轴移动模组；60、工控机；70、运动控制器；200、第一相干光束；300、第二相干光束。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1，为一个实施例所述的一种基于振镜的激光干涉微纳制造系统100，其包括激光器10，用于发出加工激光；激光分束光传输装置20，激光分束光传输装置20与激光器10的出光口相对设置，并用于将接收到的加工激光分成至少第一相干光束200和第二相干光束300；第一振镜30和第二振镜40，第一振镜30与第二振镜40设置于激光分束光传输装置20的后端，第一振镜30接收第一相干光束200，第二振镜40接收第二相干光束300，加工平台50设置于第一振镜30和第二振镜40的下方，加工平台50包括载台51、X轴移动模组52和Y轴移动模组53，载台51用于装载待加工件，待加工件的表面划分有阵列排布的多个加工分区(即图7中的待加工区域)，载台51设置于X轴移动模组52上，X轴移动模组52设置于Y轴移动模组53上，经第一振镜30控制后的第一相干光束200与经第二振镜30控制后的第二相干光束300汇聚而形成干涉光斑，干涉光斑在每个加工分区内加工出分块图案，在X轴移动模组52和Y轴移动模组53的协同运动下，带动载台51相对第一振镜30和第二振镜40平移，以使干涉光斑逐个移动到所有的加工分区内以实现所有分块图案拼接加工得到完整图案。

可以理解的，通过软件设定，可将需要加工得到的完整图案划分为多个分块图案，并将每个分块图案划归到每个加工分区内。当干涉光斑依次完整每个加工分区内设定的分块图案后，各个分块图案即会自动拼接成完整图案(即类似于拼图的概念)，从而便能满足大面积、大尺寸图案增材或减材微纳结构加工的需要。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：本方案的基于振镜的激光干涉微纳制造系统100工作时，由激光器10发出的加工激光会首先传输至激光分束光传输装置20，激光分束光传输装置20会将加工激光分成至少第一相干光束200和第二相干光束300，紧接着第一相干光束200继续传输至第一振镜30，同时第二相干光束300继续传输至第二振镜40，使得经第一振镜30控制后的第一相干光束200和经第二振镜40控制后的第二相干光束300会汇聚于加工平台50上并形成干涉光斑，其中第一振镜30与第二振镜40的扫描范围的重叠面积为加工范围，当干涉光斑移动到待加工件表面的加工分区内时，加工范围与加工分区重叠，第一相干光束200和第二相干光束300对焦于干涉光斑并在第一振镜30和第二振镜40的持续控制下，按照预设路径扫描完成对应加工分区内分块图案加工，在此基础上，在X轴移动模组52和Y轴移动模组53的协同运动下，带动载台51相对第一振镜30和第二振镜40平移，以使干涉光斑逐个移动到所有的加工分区内以实现所有分块图案拼接加工得到完整图案。相较于现有技术，本方案将振镜控制激光束高速扫描的特点与激光干涉大面积高精度图案化优势结合起来，能够实现快速，大幅面的激光微纳增/减材制造，同时，还兼顾了宏观结构数字化加工和海量高精度微观结构的特点，调节第一振镜30和第二振镜40的扫描速度和角度，以及激光器10的功率和脉宽，来控制微观结构的深度、宽度、特征尺寸，以达到最佳的增材制造质量和效率，由此实现降低微纳结构加工难度，提高微纳结构制备效率的目的。

有必要说明的是，由同一台激光器10发出的加工激光分束呈的第一相干光束200和第二相干光束300，由于具有相同的波长，当照射到同一平面上时，第一相干光束200和第二相干光束300汇聚便会产生激光干涉。

此外，还有必要说明的是，本案通过第一相干光束200与第二相干光束300汇聚形成干涉光斑来提供微纳结构的加工效率，与第一相干光束200和第二相干光束300的能量密度的大小没有直接关联。也就是说，根据实际需要，加工激光分束处理后，可以是第一相干光束200的能量密度大于第二相干光束300的能量密度，也可以是第二相干光束300的能量密度大于第一相干光束200的能量密度。

本申请中，第一振镜30的作用在于控制所对应的第一相干光束200的扫描方向和速度，以与第二振镜40控制的第二相干光束300对焦，从而在工作台平面上形成干涉光斑，并根据预设的图案和参数，实现打标目的。第二振镜40的作用在于控制所对应的第二相干光束300的扫描方向和速度，以与第一振镜30控制的第一相干光束200对焦，从而在工作台平面上形成干涉光斑，并根据预设的图案和参数，实现增材制造目的。

本发明能够根据不同的增减材加工需求，选择不同类型和波长的激光器10，如固体激光器、半导体激光器、气体激光器等，以适配不同材料增减材加工要求。

本申请中，第一振镜30在载台51上扫描范围与第二振镜40在载台51上扫描范围的扫描重叠区域设为加工区域S，第一振镜30与第二振镜40等高设置且出光口到加工面的距离设为H，第一相关光束200和第二相干光束300的干涉入射角设为θ，第一振镜30与第二振镜40之间的距离设为d，第一振镜30和第二振镜40的出光口到振镜边的距离设为k，最大干涉入射角设为θ1；其中，S、H、θ1、d和k相关，且有：

S＝2Htanθ1[2Htanθ1-(d+2k)]。

如此可以量化的确定每个加工分区(即加工区域S)的面积大小，进而可根据不同的加工图案进行多个加工分区的精准划分。

在其中一个实施例中，

E＝P*t (2)

其中，

Cd——加工深度(衡量微结构成型度的指标)(mm)

EC——树脂临界能量(材料特性)(mJ/mm²)

Dp——树脂穿透深度(材料特性)(mm)

P——激光功率(mW/mm²)

t——加工时间(s)

s——单个光斑的面积(mm²)

由公式(1)和(2)推导：

公式(4)中，EC、Dp为光敏树脂定值，s为一个光斑的面积也为确定值；因此，v与W成正比。

针对405nm和385nm光固化，Ec(在光斑面积为：1mm²下)和Dp的值如下表所示：

波长	405nm	385nm
			Ec	0.05mJ/mm2	0.0247mJ/mm2
Dp	0.1714mm	0.0932mm

选取光敏树脂在405nm激光的固化下，EC、Dp的定值，结合加工深度Cd为0.01mm(10微米)、光斑面积为：1mm²的条件下，等式(4)可以简化为：

单位为：mm²/s

基于所选振镜的最大扫描速度2000mm/s，拟采用1800mm/s的扫描速度，根据公式(5)，需要固化光(405nm)的功率密度为95mW/mm²(0.095W/mm²)，加工120mm*120mm的面积，需要时间约8秒。

若：光斑面积为16mm²(4mm*4mm方形光斑)，则

基于所选振镜的最大扫描速度2000mm/s，拟采用1800mm/s的扫描速度，根据公式(5)，需要固化光(405nm)的功率密度为P＝5mW/mm²(0.005W/mm²)，加工120mm*120mm的面积，需要时间约8秒。

以2微米周期(占空比为1:1)的条纹结构制备为例，相较于传统激光聚焦的振镜扫描加工，加工120mm*120mm的样件，按照1800mm/s的扫描速度，完成加工需要4000s。

可见，现有技术是传统技术的500倍。另外，值得注意的是，利用传统的光学元件将激光聚焦为1微米的光斑，成本大大增加。

总之，相较于传统激光聚焦的振镜扫描加工，本技术具有高效、低成本和易实现微米乃至亚微米特征尺寸等优点。

在一个实施例中，X轴移动模组52包括托盘、X轴伺服电机、X轴精密丝杆和X轴传动螺母，X轴伺服电机设置于托盘并与X轴精密丝杆连接，X轴传动螺母套设于X轴精密丝杆的外部并与载台连接，Y轴移动模组53包括Y轴伺服电机、Y轴精密丝杆和Y轴传动螺母，Y轴伺服电机与Y轴精密丝杆连接，Y轴传动螺母套设于Y轴精密丝杆的外部并与托盘连接。借助精密丝杠螺母进行精准传动，能确保载台51带动待加工件在XY平面内任意方向任意行程大小准确位移，保证干涉光斑在加工分区内与不同加工加工分区之间按预设路径精准移动，保证各个分块图案加工质量。

当然，其他可选实施例中也可以采用电推杆、气缸滑块等替换上述的丝杆螺母。

参阅图1，在一个可选实施例中，激光分束光传输装置20包括分束件21和反射镜22，分束件21与激光器10的出光口相对，分束件21用于将加工激光分成第一相干光束200和第二相干光束300，第一相干光束200穿过分束件21后继续传输，反射镜22间隔设置于分束件21的相对侧，经分束件21反射分离出的第二相干光束300传射到反射镜22上，再通过反射镜22的反射后继续传输；其中，第二相干光束300与第一相干光束200平行传输。当加工激光照射到分束件21上时，分束件21从而能将加工激光分束为第一相干光束200和第二相干光束300，且分别仅分束件21和反射镜22的处理后，第一相干光束200和第二相干光束300能以平行关系继续向后传输，可避免第一相干光束200和第二相干光束300还未到达第一振镜30和第二振镜40便形成相交。

根据实际需要，分束件21采用分束镜或者光栅的其中任意一种。实际使用时，分束镜采用可调支架安装固定，分束镜的镜面朝向激光器10的出光口，加工激光照射到分束镜上后，一部分激光束会穿透分束镜以形成第一相干光束200，另一部分激光束则会在镜面上反射而照射到反射镜22上，再通过反射镜22反射出去而形成第二相干光束300，激光分束结构形式简单，可实施性强。

较佳地，可调支架为角度转动可调和/或高度升降可调，以使分束镜与激光器10形成不同发距离和方位关系，从而根据实际需要获得不同的第一相干光束200和第二相干光束300。

此外，在又一个可选实施例中，激光分束光传输装置20还包括第一偏振片23和第一波片24，第一偏振片23间隔设置于分束件21的后端，第一波片24间隔设置于第一偏振片23的后端，并位于第一偏振片23与第一振镜30之间。第一相干光束200一次传输经过第一偏振片23和第一波片24，从而能使第一相干光束200得到整形，以获得所需的光斑形状，并使激光能量更加集中，提高第一相干光束200传输效率和质量。

进一步地，激光分束光传输装置20还包括第二偏振片25和第二波片26，第二偏振片25间隔设置于反射片的后端，第二波片26间隔设置于第二偏振片25的后端，并位于第二偏振片25与第二振镜40之间。第二相干光束300一次传输经过第二偏振片25和第二波片26，从而能使第二相干光束300得到整形，以获得所需的光斑形状，并使激光能量更加集中，提高第二相干光束300传输效率和质量。

在又一个实施例中，基于振镜的激光干涉微纳制造系统100还包括工控机60和运动控制器70，工控机60与运动控制器70电连接，运动控制器70与激光器10、第一振镜30和第二振镜40电连接。工控机60用于生成图案模块代码，用于根据用户输入或选择的图案和参数，生成对应的第一振镜30、第二振镜40转动轨迹和转动速率的控制代码；运动控制器70用于实现激光器10打开、关闭模式，同时实现对第一振镜30、第二振镜40中的x、y轴振镜镜片的运动控制。

查阅图2至图6，本申请中，基于振镜的激光干涉微纳制造系统100的干涉光斑在Z轴移动过程中，θ1为相干激光LB1的干涉入射角，θ2为相干激光LB2的干涉入射角，θ3为第一振镜30的偏转角度，θ4为第二振镜40的偏转角度，由内错角相等可知，θ1＝θ3、θ2＝θ4。在第一振镜30、第二振镜40的作用下，干涉光斑由A点(0，0，z1)移动到B点(0，0，z2)；在移动的过程中，θ1、θ2、θ3、θ4均发生变化，且：θ1＝θ2、θ3＝θ4，通过改变Z轴上干涉光斑的位置，可以改变干涉入射角θ1、θ2，从而实现微纳结构的周期调控。

基于振镜的激光干涉微纳制造系统100的干涉光斑在X轴移动过程中，θ1为相干激光LB1的干涉入射角，θ2为相干激光LB2的干涉入射角，θ3为第一振镜30的偏转角度，θ4为第一振镜30的偏转角度。在第一振镜30、第二振镜40的作用下，干涉光斑由C点(x1，y1，z1)移动到D点(x2，y1，z1)；在移动的过程中，θ1、θ2、θ3、θ4均发生变化，且：θ1≠θ2、θ3≠θ4，通过改变X轴上干涉光斑的位置，可以改变干涉入射角θ1、θ2，从而实现微纳结构的周期调控。

此外，本申请还提供一种加工实例，激光器10为波长所激光器为波长为360nm的连续波激光器，光斑直径为10mm，输出功率为60mW；两二维振镜间隔为150mm，出光口到加工物表面距离为540mm；加工基底为：5×5的玻璃片，上面涂匀光固化树脂(HTL Resin)，经过基于振镜的激光干涉微纳制造系统处理后，加工基底出现”X”字母，其呈现变色效果。在输出功率为60mW、光斑直径为10mm的连续波激光器加工下，加工速度为：420mm²/s，写入线速度为：42mm/s，其效率远高于传统直接激光写入速度。

本实施例中，经过基于振镜的激光干涉微纳制造系统处理后，加工基底出现”X”字母右上方所框出的微观区域下，干涉条纹的特性尺寸约为0.76um，干涉条纹周期约为1.3um。

如图7所示，本实施例中，基于振镜的激光干涉微纳制造系统进行大幅面图案拼接加工过程中，当干涉光斑在两振镜扫描范围重合区域(即加工区域)内扫描加工完毕后，工作平台会在工作控制系统的控制下进行X、Y轴方向上的移动，使得两振镜扫描范围重合范围区域(即加工区域)覆盖区域”B”。在振镜控制系统的作用下，干涉光斑在设计好的线路下进行移动，在区域”B”内进行再次加工；以此加工区域B、C、D、E、F、G、H、I,直至整个大幅面图案加工完毕。

有必要说明的是，当使用两个二维扫描振镜控制对应出射激光束进行汇聚时，在待加工件表面呈现条纹结构图案，当使用三个及其以上二维扫描振镜分别控制与之对应的激光束汇聚时，在被加工样件表面呈现点阵结构图案。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，包括：

激光器，用于发出加工激光；

激光分束光传输装置，所述激光分束光传输装置与所述激光器的出光口相对设置，并用于将接收到的加工激光分成至少第一相干光束和第二相干光束；

第一振镜和第二振镜，所述第一振镜与所述第二振镜设置于所述激光分束光传输装置的后端，所述第一振镜接收所述第一相干光束，所述第二振镜接收第二相干光束；

加工平台，所述加工平台设置于所述第一振镜和所述第二振镜的下方，所述加工平台包括载台、X轴移动模组和Y轴移动模组，所述载台用于装载待加工件，所述待加工件的表面划分有阵列排布的多个加工分区，所述载台设置于所述X轴移动模组上，所述X轴移动模组设置于所述Y轴移动模组上，经所述第一振镜控制后的所述第一相干光束与经所述第二振镜控制后的所述第二相干光束汇聚而形成干涉光斑，所述干涉光斑在每个加工分区内加工出分块图案，在所述X轴移动模组和所述Y轴移动模组的协同运动下，带动所述载台相对所述第一振镜和所述第二振镜平移，以使所述干涉光斑逐个移动到所有的所述加工分区内以实现所有分块图案拼接加工得到完整图案。

2.根据权利要求1所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，所述第一振镜在所述载台上扫描范围与所述第二振镜在所述载台上扫描范围的扫描重叠区域设为加工区域S，所述第一振镜与所述第二振镜等高设置且出光口到加工面的距离设为H，所述第一相关光束和所述第二相干光束的干涉入射角设为θ，所述第一振镜与所述第二振镜之间的距离设为d，所述第一振镜和所述第二振镜的出光口到振镜边的距离设为k，最大干涉入射角设为θ₁；

其中，S、H、θ1、d和k相关，且有：

S＝2Htanθ1[2Htanθ1–(d+2k)]。

3.根据权利要求1所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，

E＝P*t (2)

其中，Cd——加工深度(衡量微结构成型度的指标)(mm)

EC——树脂临界能量(材料特性)(mJ/mm2)

Dp——树脂穿透深度(材料特性)(mm)

P——激光功率(mW/mm2)

t——加工时间(s)

s——单个光斑的面积(mm2)

由公式(1)和(2)推导：

公式(4)中，EC、Dp为光敏树脂定值，s为一个光斑的面积也为确定值；因此，v与W成正比。

4.根据权利要求1所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，所述X轴移动模组包括托盘、X轴伺服电机、X轴精密丝杆和X轴传动螺母，所述X轴伺服电机设置于所述托盘并与所述X轴精密丝杆连接，所述X轴传动螺母套设于所述X轴精密丝杆的外部并与所述载台连接，所述Y轴移动模组包括Y轴伺服电机、Y轴精密丝杆和Y轴传动螺母，所述Y轴伺服电机与所述Y轴精密丝杆连接，所述Y轴传动螺母套设于所述Y轴精密丝杆的外部并与所述托盘连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，所述激光分束光传输装置包括分束件和反射镜，所述分束件与所述激光器的出光口相对，所述分束件用于将加工激光分成所述第一相干光束和所述第二相干光束，所述第一相干光束穿过所述分束件后继续传输，所述反射镜间隔设置于所述分束件的相对侧，所述经所述分束件反射分离出的所述第二相干光束传射到所述反射镜上，再通过所述反射镜的反射后继续传输；其中，所述第二相干光束与所述第一相干光束平行传输。

6.根据权利要求2所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，所述分束件采用分束镜或者光栅的其中任意一种。

7.根据权利要求5所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，所述激光分束光传输装置还包括第一偏振片和第一波片，所述第一偏振片间隔设置于所述分束件的后端，所述第一波片间隔设置于所述第一偏振片的后端，并位于所述第一偏振片与所述第一振镜之间。

8.根据权利要求7所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，所述激光分束光传输装置还包括第二偏振片和第二波片，所述第二偏振片间隔设置于所述反射片的后端，所述第二波片间隔设置于所述第二偏振片的后端，并位于所述第二偏振片与所述第二振镜之间。

9.根据权利要求1所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，当使用两个二维扫描振镜控制对应出射激光束进行汇聚时，在待加工件表面呈现条纹结构图案，当使用三个及其以上二维扫描振镜分别控制与之对应的激光束汇聚时，在被加工样件表面呈现点阵结构图案。

10.根据权利要求1所述的基于振镜的激光干涉微纳制造系统，其特征在于，所述基于振镜的激光干涉微纳制造系统还包括工控机和运动控制器，所述工控机与所述运动控制器电连接，所述运动控制器与所述激光器、所述第一振镜和所述第二振镜电连接。