[發明專利]一種基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工系統及方法

有效

• 申請號: 201710091508.0
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106735875B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 翟中生;汪于濤;呂清花;張艷紅;張駱;劉頓;婁德元;楊奇彪;陳列
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/067;B23K26/70
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魏波

1.一種基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工系統，其特征在于：包括激光器(1)、第一反射鏡(2)、λ/2波片(3)、擴束鏡(4)、第二反射鏡(5)、第一空間光調制器(6)、第二空間光調制器(7)、λ/4波片(8)、第一透鏡(9)、第三反射鏡(10)、空間濾波器(11)、第四反射鏡(12)、第二透鏡(13)、分光鏡(14)、第三透鏡(15)、CCD相機(16)、振鏡(17)、場鏡(18)、工作臺(19)和電腦(20)；

所述激光器(1)發出的激光光束依次經過所述第一反射鏡(2)、λ/2波片(3)后入射到所述擴束鏡(4)中進行擴束，擴束后的光束依次經過所述第二反射鏡(5)、第一空間光調制器(6)后入射到所述第二空間光調制器(7)上，出射光依次經過所述λ/4波片(8)、第一透鏡(9)、第三反射鏡(10)、空間濾波器(11)、第四反射鏡(12)、第二透鏡(13)后入射所述分光鏡(14)中，反射光經過所述第三透鏡(15)聚焦后入射到所述CCD相機(16)中，用于觀測光束能量分布均勻性，經過分光鏡(14)的透射光將第二空間光調制器(7)近場的像傳遞到所述振鏡(17)中，經所述場鏡(18)聚焦后入射在所述工作臺(19)上，用于加工樣品；所述電腦(20)分別與所述第一空間光調制器(6)、第二空間光調制器(7)、CCD相機(16)連接，用于控制所述第一空間光調制器(6)、第二空間光調制器(7)、CCD相機(16)工作。

2.根據權利要求1所述的基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工系統，其特征在于：所述擴束鏡(4)的擴束倍數為2～5倍。

3.根據權利要求1所述的基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工系統，其特征在于：所述空間濾波器(11)為孔徑光闌，調控范圍為1～12mm。

4.根據權利要求1所述的基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工系統，其特征在于：所述分光鏡(14)能量透射率大于90％，反射率小于10％。

5.根據權利要求1所述的基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工系統，其特征在于：所述CCD相機(16)位于第三透鏡(15)后焦點5mm處。

6.一種基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：利用空間光調制器和Labview算法生成目標全息圖，并且分別加載到第一空間光調制器(6)、第二空間光調制器(7)上，同時根據激光加工目的調節λ/2波片(3)和λ/4波片(8)的晶體主截面與入射光振動面的夾角；

步驟2：把激光器(1)發出的激光光束設置為水平偏振后以小于10°的入射角入射到第一空間光調制器(6)和第二空間光調制器(7)上；

步驟3：將經過第二空間光調制器(7)后產生的非加工光用空間濾波器(11)去除；

步驟4：利用由第一透鏡(9)和第二透鏡(13)組成的4f系統將用于加工的光在第二空間光調制器(7)近場的像傳遞到振鏡(17)中，經場鏡(18)聚焦后入射在工作臺(19)上，用于加工樣品；

步驟5：使用分光鏡(14)把能量10％的加工光通過第三透鏡(15)聚焦后傳遞到CCD相機(16)中進行觀察。

7.根據權利要求6所述的基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工方法，其特征在于：步驟1中所述Labview算法為疊加式的GL算法或者迭代式的GS算法。

8.根據權利要求6所述的基于液晶空間光調制器的激光柔性微加工方法，其特征在于：步驟1中，根據需求調控光束數量、偏振態、整形、角動量；

所述光束數量調控，是利用Labview算法生成指定激光光束位置和數量的全息圖，并將全息圖加載到第二空間光調制器(7)上，第一空間光調制器(6)不加載任何全息圖，作為反射鏡使用；

所述光束偏振態調控，是利用空間光調制器的控制軟件生成灰度值隨極角變化的相位全息圖，并加載到第二空間光調制器(7)上，第一空間光調制器(6)不加載任何全息圖，作為反射鏡使用，同時根據所需偏振類型分別調節λ/2波片(3)和λ/4波片(8)的晶體主截面與入射光振動面的夾角；

所述光束整形，是利用空間光調制器的控制軟件生成反高斯分布的灰度掩膜圖并模擬二元光柵，再利用畫圖軟件在二元光柵中加入需要整形的圖案形成掩模圖，將得到的反高斯分布的灰度掩膜圖加載到第一空間光調制器(6)上，包含模擬二元光柵的掩模圖加載到第二空間光調制器(7)上。