[發明專利]激光三維掃描裝置和激光三維掃描方法

有效

• 申請號: 200910188701.1
• 申請日: 2009-12-03
• 公開（公告）號: CN101738815A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 李德榮;張春陽
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G02F1/33
• 分類號: G02F1/33
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

【技術領域】

本發明涉及一種激光三維掃描裝置和激光三維掃描方法。

【背景技術】

飛秒激光憑借其脈沖持續時間短、單脈沖能量低、峰值功率高等眾多優點， 在顯微成像、光存儲和微加工等眾多領域獲得了廣泛的應用。但飛秒激光的快 速三維掃描技術仍然難以實現，從而制約了其進一步推廣應用。目前的激光掃 描技術主要存在兩個方面的不足：(1)、盡管XY方向的二維掃描速度已經可以 達到微秒量級，但Z方向的掃描速度仍停留在毫秒量級；(2)、現有的激光掃描 技術主要針對的是連續激光光源，而不是飛秒激光等超短脈沖光源。

聲光偏轉器基于聲光效應，可以實現激光的微秒級快速掃描，因而被廣泛 用于操控激光。但聲光偏轉器用于掃描飛秒激光時會遇到嚴重的色散問題，色 散包括空間色散和時間色散。

聲光偏轉器中包含的聲光晶體是一種高色散介質，飛秒激光經過聲光晶體 后脈沖將會被嚴重展寬，這一效應稱為時間色散(如圖1所示)。同時，經過聲 光偏轉器后的光束偏轉角具有波長相關性，導致光束發散變形，這一效應稱為 空間色散(如圖2所示)。這兩種色散效應使得飛秒激光的優點不復存在，因此， 聲光偏轉器用于操控飛秒激光所需要解決的首要問題就是色散效應。

圖3為基于棱鏡補償色散的飛秒激光二維掃描裝置的示意圖。該飛秒激光 二維掃描裝置采用兩個聲光偏轉器4、5正交放置的結構，用于實現飛秒激光在 XY方向的快速掃描，并采用單個棱鏡1同時補償飛秒激光的時間和空間色散。

圖4為基于聲光調制器補償色散的飛秒激光二維掃描裝置的示意圖。該飛 秒激光二維掃描裝置也采用兩個聲光偏轉器7、8正交放置的結構用于實現XY 方向的快速掃描，并采用單個聲光調制器6同時補償飛秒激光的時間和空間色 散。

盡管上述兩種方案都實現了飛秒激光的快速無色散掃描，但它們都只能實 現飛秒激光在XY平面內的快速掃描，而不能實現飛秒激光在Z方向的快速掃 描。對于Z方向的掃描，仍然只能通過機械移動顯微物鏡的方法來實現，其掃 描速度最快也只能達到毫秒量級。

【發明內容】

有鑒于此，有必要針對飛秒激光二維掃描裝置在Z方向的掃描速度只能達 到毫秒量級的問題，提供一種在XYZ三維方向的掃描速度都能達到微秒量級的 激光三維掃描裝置。

一種激光三維掃描裝置，包括沿光路方向順序放置的第一透射光柵、第二 透射光柵、第三透射光柵、第一聲光偏轉器、第二聲光偏轉器、第一透鏡、第 一半波片、第二透鏡、第三聲光偏轉器、第三透鏡、第二半波片、第四透鏡、 第四聲光偏轉器、顯微物鏡；

所述第二聲光偏轉器、第一透鏡、第一半波片、第二透鏡、第三聲光偏轉 器、第三透鏡、第二半波片、第四透鏡、第四聲光偏轉器均為等間距放置，所 述間距等于第一透鏡的焦距；

所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡的焦距均相等；

所述第一聲光偏轉器、第二聲光偏轉器、第三聲光偏轉器、第四聲光偏轉 器是完全相同的，所述第一聲光偏轉器和第二聲光偏轉器為正交放置，所述第 三聲光偏轉器和第四聲光偏轉器為平行放置，所述第四聲光偏轉器放置在顯微 物鏡的后焦面上；

所述第一透射光柵和第二透射光柵是完全相同的，所述第一透射光柵和第 二透射光柵的間距為L，所述L需要滿足如下公式：

λ3L2πc2d12cos2θd1=4GDDm]]>