[發(fā)明專利]一種基于空間整形的一體化飛秒激光標(biāo)印方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011329490.1
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112496531B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明;李珣;劉紅軍;李晨晨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/067;B23K26/073;B23K26/362
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

1.一種基于空間整形的一體化飛秒激光標(biāo)印方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、目標(biāo)二維碼圖案轉(zhuǎn)換為相位圖；

將目標(biāo)二維碼圖案進(jìn)行傅里葉變換，獲得其頻域圖案，并將變換后的頻域圖案加載于空間光調(diào)制器；

步驟2、獲得加工深度與出光時(shí)間之間的關(guān)系；

通過工藝試驗(yàn)，獲得加工深度與激光出光時(shí)間之間的關(guān)系；

步驟3、激光加工；

開啟激光器，根據(jù)目標(biāo)二維碼圖案的加工深度及步驟2獲得加工深度與出光時(shí)間之間的關(guān)系控制激光器的出光時(shí)間；激光光束進(jìn)入加載二維碼頻域圖案的空間光調(diào)制器，將經(jīng)空間光調(diào)制器整形后形成二維碼圖案形狀的光束聚焦后直接作用于加工面；

在平面表面標(biāo)印時(shí)，利用n束光斑為方形的激光光束實(shí)現(xiàn)標(biāo)印，并通過在空間光調(diào)制器的出射光路中設(shè)置聚焦鏡實(shí)現(xiàn)聚焦，其中n為大于等于2的正整數(shù)，步驟1具體包括以下步驟：

步驟1.1、區(qū)域分割；

將二維碼圖案分割為n個(gè)子二維碼圖案，分割的個(gè)數(shù)n＝S/D²，其中S為二維碼圖案的面積，D為聚焦后每束激光光束光斑的邊長；

將空間光調(diào)制器表面劃分為n個(gè)子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域與每個(gè)子二維碼圖案一一對應(yīng)；

步驟1.2、頻域圖案加載；

將n個(gè)子二維碼圖案進(jìn)行傅里葉變換，實(shí)現(xiàn)其頻域圖案，并將變換后的n個(gè)頻域圖案分別加載于空間光調(diào)制器表面對應(yīng)子區(qū)域；

步驟3具體為：

開啟激光器，根據(jù)目標(biāo)二維碼圖案的加工深度及步驟2獲得加工深度與出光時(shí)間之間的關(guān)系控制激光器的出光時(shí)間；利用空間光調(diào)制器將光束分為n束光斑為方形的激光光束，每束光束分別對應(yīng)空間光調(diào)制器的一個(gè)子區(qū)域，將經(jīng)空間光調(diào)制器每一個(gè)子區(qū)域整形后形成二維碼圖案形狀的光束經(jīng)聚焦鏡聚焦直接作用于加工面。

2.一種基于空間整形的一體化飛秒激光標(biāo)印方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、目標(biāo)二維碼圖案轉(zhuǎn)換為相位圖；

將目標(biāo)二維碼圖案進(jìn)行傅里葉變換，獲得其頻域圖案，并將變換后的頻域圖案加載于空間光調(diào)制器；

步驟2、獲得加工深度與出光時(shí)間之間的關(guān)系；

通過工藝試驗(yàn)，獲得加工深度與激光出光時(shí)間之間的關(guān)系；

步驟3、激光加工；

開啟激光器，根據(jù)目標(biāo)二維碼圖案的加工深度及步驟2獲得加工深度與出光時(shí)間之間的關(guān)系控制激光器的出光時(shí)間；激光光束進(jìn)入加載二維碼頻域圖案的空間光調(diào)制器，將經(jīng)空間光調(diào)制器整形后形成二維碼圖案形狀的光束聚焦后直接作用于加工面；

在平面表面標(biāo)印時(shí)，利用n束光斑為方形的激光光束實(shí)現(xiàn)標(biāo)印，通過在二維碼頻域全息圖上疊加菲涅爾透鏡實(shí)現(xiàn)聚焦，其中n為大于等于2的正整數(shù)，步驟1具體包括以下步驟：

步驟1.1、計(jì)算每一束激光光束對應(yīng)的聚焦光斑的大小；

利用空間光調(diào)制器將激光光束分為n束光斑為方形的激光光束；

通過測距裝置測量空間光調(diào)制器至待標(biāo)印平面表面對應(yīng)的n個(gè)分束點(diǎn)位置的焦距f_i，i等于1到n的正整數(shù)，其中f₁＝f₂……＝f_n；根據(jù)公式1計(jì)算每一束激光光束對應(yīng)的聚焦光斑的邊長：

其中D_i為每一束激光光束對應(yīng)的聚焦光斑的邊長，i等于1到n的正整數(shù)，D₁＝D₂……＝D_n，M為光束質(zhì)量因子，D′為聚焦前的每一束激光光束光斑的邊長，f_i為通過測距裝置測量得到的空間光調(diào)制器至待標(biāo)印平面表面對應(yīng)的n個(gè)分束點(diǎn)位置的焦距，λ為波長，K為一個(gè)固定的因子；

步驟1.2、區(qū)域分割；

將二維碼圖案分割為n個(gè)子二維碼圖案，分割的個(gè)數(shù)n＝S/D_i²，其中S為二維碼圖案的面積；

將空間光調(diào)制器表面劃分為n個(gè)子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域與每個(gè)子二維碼圖案一一對應(yīng)；

步驟1.3、頻域圖案加載；

將n個(gè)子二維碼圖案進(jìn)行傅里葉變換，實(shí)現(xiàn)其頻域圖案，并將變換后的n個(gè)頻域圖案分別加載于空間光調(diào)制器表面對應(yīng)子區(qū)域；

步驟1.4、菲涅爾透鏡頻域圖案加載；

在n個(gè)子二維碼頻域全息圖上疊加焦距為f_i的菲涅爾透鏡；

步驟3具體為：

開啟激光器，根據(jù)目標(biāo)二維碼圖案的加工深度及步驟2獲得加工深度與出光時(shí)間之間的關(guān)系控制激光器的出光時(shí)間；利用空間光調(diào)制器將光束分為n束光斑為方形的激光光束，每束光束分別對應(yīng)空間光調(diào)制器的一個(gè)子區(qū)域，將經(jīng)空間光調(diào)制器每一個(gè)子區(qū)域整形后形成二維碼圖案形狀的光束經(jīng)菲涅爾透鏡聚焦直接作用于加工面。