[發(fā)明專利]自適應(yīng)激光束整形

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980058273.2
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN112639421A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: C·伯格利;A·克拉奇;F·盧斯滕伯格;S·威斯曼泰爾
• 申請（專利權(quán)）人: 伯格利-格拉維瑞斯股份有限公司
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J1/04
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 閻娬斌;匡麗娟

一種用于對相干初級光束進(jìn)行自適應(yīng)分束的方法，該方法包括：通過用空間光調(diào)制器(SLM)對初級光束進(jìn)行相位調(diào)制來產(chǎn)生期望的遠(yuǎn)場分布，引導(dǎo)初級相干光束以在空間光調(diào)制器的顯示元件上反射，從而避免了任何移動元件對初級相干光束進(jìn)行整形，在初級光束通過所述空間光調(diào)制器之后，從該初級光束提取監(jiān)測光束和主光束，使用相機(jī)測量監(jiān)測光束，將監(jiān)測光束中的期望的遠(yuǎn)場分布引導(dǎo)到相機(jī)的傳感器表面上。在第一選項中，該方法包括引導(dǎo)初級光束通過第一聚焦元件(L1)，該第一聚焦元件被配置為將遠(yuǎn)場分布聚焦到第一聚焦元件的聚焦平面上作為實輸出分布，并且通過第一聚焦元件將監(jiān)測光束中的遠(yuǎn)場分布聚焦到相機(jī)的傳感器表面上。在第二選項中，該方法包括引導(dǎo)監(jiān)測光束通過第二聚焦元件(L2)，該第二聚焦元件被配置為將遠(yuǎn)場分布聚焦在相機(jī)的傳感器表面上。對于第一或第二選項，該方法還包括使用可變強度調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)相機(jī)的動態(tài)范圍，以根據(jù)遠(yuǎn)場分布來控制入射監(jiān)測光束的強度，和配置閉環(huán)以使得能夠進(jìn)行空間光調(diào)制器的顯示元件的相位計算，其中，將來自相機(jī)的輸出信號輸入所述閉環(huán)中，以進(jìn)行控制器執(zhí)行的相位計算算法的多次迭代，其中，在第一選項中，使用第一聚焦元件，而不包括第二聚焦元件，并且在第二選項中，使用第二聚焦元件，而不包括第一聚焦元件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相干或部分相干輻射的自適應(yīng)光束整形的領(lǐng)域，著眼于并行直接結(jié)構(gòu)化、微結(jié)構(gòu)化和分束，以及用于加工材料的工業(yè)用途，其中，相位調(diào)制空間光調(diào)制器(SLM)用于光束整形。

背景技術(shù)

以下提供了多個出版物來描述本發(fā)明的背景。

僅在專業(yè)和科學(xué)文獻(xiàn)中很少描述通過空間光調(diào)制器(SLM)進(jìn)行激光輻射的自適應(yīng)光束整形的方法。該領(lǐng)域最值得注意的出版物之一是Matti Silvennoinen于2014年發(fā)表的論文[SIL13]。其中描述的進(jìn)行方法具有以下特性：

·使用超短輻射脈沖(脈沖寬度500ps)；

·使用相位調(diào)制的SLM進(jìn)行光束整形；

·通過映射聚焦在中間平面(傅立葉平面)中的多個部分光束的直接結(jié)構(gòu)化；和

·閉環(huán)用于迭代地確定相位并將其顯示在SLM顯示器上，其中，將閉環(huán)(CL)算法配置為通過相機(jī)測量每個迭代周期的輸出光束分布，并將其重新注入作為迭代相位計算算法的輸入。這樣的算法在本文中將以縮寫“CL”來引用。

公開的進(jìn)行方式要求在SLM顯示器的位置處知道輸出分布或主激光束輪廓。其測量至少需要時間上的補充工作和改變光路的光學(xué)設(shè)置，這對于生產(chǎn)是不利的。

所公開的裝置缺乏整體特征，即，對于CL而言必不可少的部分提取光束供相機(jī)進(jìn)行測量是最終光學(xué)組的一部分，并且發(fā)生在最后的傾斜反射鏡處。出于這個原因，光學(xué)裝置及其操作方式相當(dāng)不靈活。自適應(yīng)光束整形可能僅針對整個微結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)實現(xiàn)，而無法針對光束本身實現(xiàn)。不幸的是，對于工業(yè)用途而言，該特性是一個真正的問題，只有通過困難才能克服，因為系統(tǒng)的構(gòu)思必須針對每個加工任務(wù)進(jìn)行專門調(diào)節(jié)，并且在此期間生產(chǎn)被停止。

此外，該系統(tǒng)不利用任何變換透鏡來產(chǎn)生中間分布，該中間分布又可以縮小的比例投射。中間分布是通過將球形相位項添加到SLM上再現(xiàn)的原始相位分布而獲得的，并充當(dāng)虛擬透鏡。這樣做的好處是，未衍射的光束分量不會以零級聚合，而是擴(kuò)展在整個輸出分布上，因此會變得不那么明亮-至少對于大多數(shù)強度分布而言情況就是如此。這種方法的缺點是在相位表示中可能會丟失一些信息；請參見[SIL13]中的圖3A。發(fā)生這種情況的原因是，由于球形被加數(shù)，相位表示中的空間頻率朝邊界增加，直到它們變得高于SLM顯示器的分辨率為止。這也為此類球形被加數(shù)的焦距設(shè)置了下限，對于20×20μm²像素大小，下限約為500mm。直到焦距的此下限，SLM顯示器不包含任何有用的相位信息，從而增加了零級內(nèi)容的輸出。這就是為什么它與最初提到的優(yōu)點相反的原因。此外，這種朝向邊界的信息丟失還可以解釋以下事實：發(fā)生激光輻射的無序衍射，從而使輻射在多個角度上衍射，這些角度不是由初始光柵周期引起的，并且不再可以被CL校正。