[發(fā)明專利]一種激光離焦加工時的光斑功率密度場測量建模方法

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• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110909478A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐瑯;彭赫力;劉海建;陳旭;韓興;羅志強;陳一
• 申請（專利權(quán)）人: 上海航天精密機械研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G02B27/00;G01J1/42;G06F111/10
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 許麗

1.一種激光離焦加工時的光斑功率密度場測量建模方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：利用激光光斑分析測量平臺對某個具體激光光斑的功率和光亮度分布進行測量；

步驟2：通過對測量得到的光亮度數(shù)據(jù)進行擬合，建立所測光斑的光亮度場數(shù)學(xué)模型；

步驟3：利用激光光亮度與功率密度之比為常數(shù)的性質(zhì)，基于光斑的光強和功率實測結(jié)果，求解出常數(shù)值，并建立所測光斑的功率密度場數(shù)學(xué)模型；

步驟4：根據(jù)激光束的傳輸特性和能量守恒定律，利用所測光斑功率密度場數(shù)學(xué)模型變換得到與該光斑功率相同半徑不同的任意光斑的功率密度場模型；

步驟5：在步驟4所建立的模型基礎(chǔ)上，利用激光功率變化時的基本性質(zhì)，建立任意功率任意半徑光斑的功率密度場數(shù)學(xué)模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光離焦加工時的光斑功率密度場測量建模方法，其特征在于：步驟1中的激光光斑分析測量平臺主要由激光器、衰減片、激光功率計、高分辨率CCD相機、數(shù)據(jù)線、計算機和激光光束分析軟件組成；

測量原理為利用激光器發(fā)射低功率光束，光束首先通過一組衰減片將強度進行衰減，隨后射入激光功率計的探測頭中，進而測量得到衰減后激光束的功率值，此后，將激光功率計替換成與計算機通過數(shù)據(jù)線相連接的高分辨率CCD相機，光束在射入CCD相機鏡頭后，計算機上配套的激光光束分析軟件上會顯示出鏡頭上光斑的光亮度分布云圖，通過云圖可以得到光斑內(nèi)每個點的光亮度數(shù)據(jù)和光斑總體光強大小。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光離焦加工時的光斑功率密度場測量建模方法，其特征在于：步驟4中激光束的傳輸特性是指激光束在空氣中會沿雙曲線軌跡進行傳輸，離焦一定距離后可近似看作沿雙曲線的漸近線進行直線傳輸?shù)男再|(zhì)。利用該性質(zhì)和能量守恒定律推導(dǎo)出同一束激光在不同離焦位置所形成的不同大小光斑間的功率密度場變換式，如下：

上式中ρ_p1(r)表示功率為P₁半徑為R的光斑的功率密度場數(shù)學(xué)模型，r∈[0,R]；

ρ_p1(r₁)表示功率為P₁半徑為R₁的光斑的功率密度場數(shù)學(xué)模型，r₁∈[0,R₁]；

基于該式，利用已測的功率為P₁半徑為R₁的光斑的功率密度場數(shù)學(xué)模型ρ_p1(r₁)，推導(dǎo)與該光斑功率相同半徑為任意值R的光斑的功率密度場數(shù)學(xué)模型ρ_p1(r)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種激光離焦加工時的光斑功率密度場測量建模方法，其特征在于：步驟5中激光功率變化時的基本性質(zhì)是指隨著光斑功率增大，光斑內(nèi)各點功率都等比增大的性質(zhì)；利用該性質(zhì)可以得到以下關(guān)系式：

上式中ρ_p(r)表示任意功率P任意半徑R的光斑的功率密度場數(shù)學(xué)模型，ρ_p1(r)為通過步驟4得到的功率為P₁半徑為任意值R的光斑的功率密度場模型。