本發(fā)明屬于激光加工，涉及一種激光修飾晶體表面的加工系統(tǒng)及方法，尤其是一種利用連續(xù)激光誘導(dǎo)離子注入晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、目前，著色技術(shù)在裝飾品，藝術(shù)品，建筑材料，彩色條碼標(biāo)刻等領(lǐng)域有著具體的應(yīng)用。傳統(tǒng)的著色工藝如熱處理，電化學(xué)，化學(xué)浸漬等方法，存在著工藝流程復(fù)雜，加工成本高，產(chǎn)生廢料多，加工靈活度差的問題。

2、當(dāng)前該領(lǐng)域研究者使用激光著色技術(shù)誘導(dǎo)金屬或者半導(dǎo)體表面形成氧化膜或者周期性的表面結(jié)構(gòu)(lipss)，使加工物的表面改變顏色。但當(dāng)前的技術(shù)研究主要集中于脈沖激光，如飛秒激光器，納秒激光器等，設(shè)備價(jià)格高，不宜進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

3、綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)中的著色方法存在加工成本高，加工設(shè)施復(fù)雜等缺陷，而且考慮環(huán)境影響和實(shí)用性的問題均不宜進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

4、經(jīng)檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明相同或相似的現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種加工成本低、適合工業(yè)化成產(chǎn)、對(duì)環(huán)境無污染的利用連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明解決其現(xiàn)實(shí)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)，包括：激光聚焦單元和顯微成像單元；

4、所述532nm連續(xù)激光器與激光聚焦單元相連接，該532nm連續(xù)激光器輸出光經(jīng)傳播進(jìn)入激光聚焦單元，經(jīng)激光聚焦單元垂直打入待加工樣品表面，待加工樣品選用au離子注入鉭酸鋰晶體，激光聚焦單元使連續(xù)激光聚焦于au離子注入鉭酸鋰晶體表面進(jìn)而進(jìn)行顏色構(gòu)筑；

5、所述顯微成像單元與激光加工系統(tǒng)共聚焦，用于對(duì)加工物表面進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。

6、而且，所述激光聚焦單元包括：依次連接的激光電控箱、532nm連續(xù)激光器、光開關(guān)、半波片、反射鏡、第一分束器和第二分束器、聚焦物鏡；

7、所述激光電控箱控制532nm連續(xù)激光器出射532nm連續(xù)激光，532nm連續(xù)激光經(jīng)光開關(guān)依次入射半波片和反射鏡后，輻照在第一分束器上，經(jīng)第一分束器作用一部分光反射向下經(jīng)物鏡聚焦，輻照在待加工樣品表面，并被待加工樣品表面反射，反射光依次透過第一分束器、第二分束器和透鏡最終在ccd中成像，該加工光路用于樣品表面的聚焦加工；另一部分光透過第一分束器被擋住。

8、而且，所述顯微成像單元包括：ccd相機(jī)、用于調(diào)焦的透鏡、第一分束器、第二分束器和led燈；

9、所述led燈出射光經(jīng)第二分束器作用，一部分光被反射向下傳播，透過第一分束器，進(jìn)入聚焦物鏡，聚焦到待加工樣品表面，經(jīng)待加工樣品表面反射后依次透過第一分束器、第二分束器和透鏡進(jìn)入ccd相機(jī)，呈現(xiàn)出加工物的表面形貌；另一部分光透過第二分束器被擋住。

10、而且，所述顯微成像單元位于激光聚焦單元的上方，所述激光聚焦單元豎直設(shè)置，利用此加工光路與成像光路的共聚焦系統(tǒng)可以在加工過程中實(shí)時(shí)觀察到加工物表面顏色以及表面形貌的變化。

11、而且，在所述聚焦物鏡下方設(shè)置有六軸電動(dòng)位移臺(tái)，用于放置待加工樣品；該六軸電動(dòng)位移臺(tái)和光開關(guān)與計(jì)算機(jī)相連接，經(jīng)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，控制激光點(diǎn)掃，線掃，改變激光的輻照時(shí)間以及加工周期，進(jìn)行多種圖案的著色加工。

12、而且，所述532nm連續(xù)激光器與激光電控箱相連接，電控箱附帶激光功率調(diào)節(jié)旋鈕，進(jìn)行激光功率調(diào)節(jié)。

13、一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工方法，包括以下步驟：

14、步驟1、首先所有設(shè)備開啟后，計(jì)算機(jī)控制六軸電動(dòng)位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，使532nm波長的連續(xù)激光對(duì)焦于金離子注入鉭酸鋰晶體樣品的表面；

15、步驟2、開啟顯微成像單元，利用led燈對(duì)加工物表面進(jìn)行聚焦成像，通過控制聚焦透鏡的位置，使成像系統(tǒng)與激光加工系統(tǒng)共聚焦，實(shí)時(shí)觀察加工過程；

16、步驟3、調(diào)節(jié)電控箱激光器功率到20w，開啟控制程序，將cad中的圖案導(dǎo)入控制軟件，計(jì)算機(jī)控制六軸電動(dòng)位移臺(tái)和光開關(guān)的聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行點(diǎn)掃描、線掃描，實(shí)現(xiàn)圖案刻畫；

17、步驟4、調(diào)節(jié)激光器電控箱改變激光功率由20w向70w，實(shí)現(xiàn)由淡黃色逐步向橙色、淡紫色、紫色、藍(lán)色的轉(zhuǎn)變，進(jìn)行不同顏色的著色處理；

18、步驟5、同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)半波片，可實(shí)現(xiàn)對(duì)圖案上lipss條紋的方向控制，實(shí)現(xiàn)圖案形貌的靈活控制。

19、發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

20、1、本發(fā)明的連續(xù)激光器針對(duì)的是金屬離子注入類晶體，不涉及其他金屬材料或半導(dǎo)體材料。利用晶體內(nèi)所注入金屬納米顆粒對(duì)連續(xù)激光的共振吸收作用，對(duì)晶體表面晶格造成破壞，降低表面修飾對(duì)激光峰值功率的需求閾值，從而降低表面著色對(duì)激光設(shè)備的要求，實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光對(duì)脈沖激光器的替代，減少設(shè)備成本，使激光著色技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化成為可能。

21、2、本發(fā)明在激光著色過程中通過激光器電控箱調(diào)節(jié)激光的能量密度，進(jìn)而影響晶體內(nèi)納米顆粒的共振吸收強(qiáng)度，從而調(diào)整金屬離子注入晶體的晶格排布，在加工物表面構(gòu)筑出不同的顏色。配合六軸電動(dòng)位移臺(tái)的使用，提高加工的靈活性，使圖案設(shè)計(jì)更加自由。

22、3、本發(fā)明在激光著色過程中，由于金屬納米顆粒對(duì)激光的共振吸收作用，納米顆粒周圍產(chǎn)生增強(qiáng)的電磁場，配合表面晶格的變化，在晶體表層下方生成由金納米顆粒密排產(chǎn)生的條紋狀lipss結(jié)構(gòu)，改變晶體表面形貌。在條紋的影響下，晶格排布不易隨環(huán)境變化而變化，提高晶體表面顏色構(gòu)筑的穩(wěn)定性，使著色耐久度高。通過激光偏振變化可以變換條紋方向，便于靈活調(diào)整形貌結(jié)構(gòu)。

23、4、本發(fā)明提出一種利用連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)及方法，采用連續(xù)激光器配合激光聚焦單元，并將待加工樣品體置于六軸電動(dòng)位移臺(tái)上。激光著色加工過程完全消耗電能，節(jié)省消耗原材，不需要有機(jī)溶劑，無污染、環(huán)保。

24、5、本發(fā)明在激光聚焦加工裝置中加入共聚焦顯微成像系統(tǒng)，便于加工的同時(shí)做到實(shí)時(shí)觀察材料表面加工情況，保證加工過程準(zhǔn)確無誤，便于激光的高效加工過程。

技術(shù)特征：

1.一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)，其特征在于：包括：激光聚焦單元和顯微成像單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)，其特征在于：所述激光聚焦單元包括：依次連接的激光電控箱、532nm連續(xù)激光器、光開關(guān)、半波片、反射鏡、第一分束器和第二分束器、聚焦物鏡；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)，其特征在于：所述顯微成像單元包括：ccd相機(jī)、用于調(diào)焦的透鏡、第一分束器、第二分束器和led燈；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)，其特征在于：所述顯微成像單元位于激光聚焦單元的上方，所述激光聚焦單元豎直設(shè)置，利用此加工光路與成像光路的共聚焦系統(tǒng)可以在加工過程中實(shí)時(shí)觀察到加工物表面顏色以及表面形貌的變化。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)，其特征在于：在所述聚焦物鏡下方設(shè)置有六軸電動(dòng)位移臺(tái)，用于放置待加工樣品；該六軸電動(dòng)位移臺(tái)和光開關(guān)與計(jì)算機(jī)相連接，經(jīng)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，控制激光點(diǎn)掃，線掃，改變激光的輻照時(shí)間以及加工周期，進(jìn)行多種圖案的著色加工。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)，其特征在于：所述532nm連續(xù)激光器與激光電控箱相連接，電控箱附帶激光功率調(diào)節(jié)旋鈕，進(jìn)行激光功率調(diào)節(jié)。

7.一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工方法，其特征在于：包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種連續(xù)激光誘導(dǎo)晶體表面顏色穩(wěn)定構(gòu)筑的加工系統(tǒng)，包括：激光聚焦單元和顯微成像單元；所述532nm連續(xù)激光器與激光聚焦單元相連接，該532nm連續(xù)激光器輸出光經(jīng)傳播進(jìn)入激光聚焦單元，經(jīng)激光聚焦單元垂直打入待加工樣品表面，待加工樣品選用Au離子注入鉭酸鋰晶體，激光聚焦單元使連續(xù)激光聚焦于Au離子注入鉭酸鋰晶體表面進(jìn)而進(jìn)行顏色構(gòu)筑；所述顯微成像單元與激光加工系統(tǒng)共聚焦，用于對(duì)加工物表面進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光對(duì)脈沖激光器的替代。

技術(shù)研發(fā)人員：劉洪亮,于夢(mèng)涵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南開大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10