[發明專利]一種基于空間光調制器的三維碼激光標刻方法及系統

有效

• 申請號: 202011351817.5
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112276370B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 劉曉東;康愷;秦應雄
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/064
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種基于空間光調制器的三維碼激光標刻方法，其特征在于，所述空間光調制器中疊加有相移菲涅爾透鏡、空間光柵和貝塞爾整形透鏡，方法包括：

S1，將目標二維碼或目標二維點陣隨機轉換為三維碼彩色圖像，并提取所述三維碼彩色圖像中各色塊的輪廓信息，以生成所述各色塊對應的輪廓圖像；

S2，分別將各所述輪廓圖像對應的預設相位作為全息算法光場模型的初始值進行迭代計算，以得到各所述輪廓圖像對應的目標相位；

其中，所述全息算法光場模型基于模擬退火算法和強度傳輸方程生成，生成的全息算法光場模型為：

其中，G⁽ⁿ⁾為引入振幅自由度后第n次迭代輸出的光場幅值，n為迭代次數，m為信號場影響因子，I_0|SR為信號區域的目標光強，為第n次迭代后噪聲區域的輸出，為第n次迭代后的復相位，i為虛數單位；

所述全息算法光場模型中相位的迭代方程為：

其中，x_j、y_j、j表示入射面，為第n+1次迭代的相位分布，n為迭代次數，為第n次迭代的相位分布，a_n為梯度收斂參數，h_n為迭代收斂方向；

S3，將各所述目標相位依次輸入至所述空間光調制器，使得所述空間光調制器根據接收到的目標相位對入射激光光束進行相位調制后輸出貝塞爾光束，以在目標材料上依次標刻出各所述輪廓圖像。

2.如權利要求1所述的基于空間光調制器的三維碼激光標刻方法，其特征在于，所述S1包括：

根據初始信息生成所述目標二維碼或目標二維點陣；

將所述目標二維碼或目標二維點陣分割為多個最小標刻單元，并添加隨機色塊以生成所述三維碼彩色圖像；

利用腐蝕算法對所述三維碼彩色圖像進行擴散以提取所述各色塊的輪廓信息。

3.如權利要求1或2所述的基于空間光調制器的三維碼激光標刻方法，其特征在于，所述S2中分別將各所述輪廓圖像對應的預設相位作為全息算法光場模型的初始值進行迭代計算包括：

將各所述輪廓圖像的幅值設置為目標幅值，并根據各所述目標幅值在預置配置文件中讀取相應的預設相位；

分別將各所述輪廓圖像對應的預設相位作為所述全息算法光場模型的初始值，并以各所述輪廓圖像對應的目標幅值作為所述全息算法光場模型的目標值進行迭代計算，以得到各所述目標相位。

4.如權利要求1所述的基于空間光調制器的三維碼激光標刻方法，其特征在于，所述S3中輸出所述貝塞爾光束之前還包括：屏蔽所述貝塞爾光束中的零極光后輸出所述貝塞爾光束。

5.如權利要求1所述的基于空間光調制器的三維碼激光標刻方法，其特征在于，所述S3中輸出所述貝塞爾光束之前還包括：保留所述貝塞爾光束中的零極光并輸出所述貝塞爾光束。

6.如權利要求1所述的基于空間光調制器的三維碼激光標刻方法，其特征在于，所述S3中通過調節所述相移菲涅爾透鏡和/或空間光柵，來調節所述貝塞爾光束的水平位置和軸向焦點。

7.如權利要求1所述的基于空間光調制器的三維碼激光標刻方法，其特征在于，在所述S1之前，所述方法還包括：通過物理冷卻方式將所述空間光調制器的光損傷閾值增加至40W/cm²-150W/cm²。

8.一種基于空間光調制器的三維碼激光標刻系統，其特征在于，所述空間光調制器中疊加有相移菲涅爾透鏡、空間光柵和貝塞爾整形透鏡，系統包括：

轉換及提取模塊，用于將目標二維碼或目標二維點陣隨機轉換為三維碼彩色圖像，并提取所述三維碼彩色圖像中各色塊的輪廓信息，以生成所述各色塊對應的輪廓圖像；

計算模塊，用于分別將各所述輪廓圖像對應的預設相位作為全息算法光場模型的初始值進行迭代計算，以得到各所述輪廓圖像對應的目標相位；

其中，所述全息算法光場模型基于模擬退火算法和強度傳輸方程生成，生成的全息算法光場模型為：

其中，G⁽ⁿ⁾為引入振幅自由度后第n次迭代輸出的光場幅值，n為迭代次數，m為信號場影響因子，I_0|SR為信號區域的目標光強，為第n次迭代后噪聲區域的輸出，為第n次迭代后的復相位，i為虛數單位；

所述全息算法光場模型中相位的迭代方程為：

其中，x_j、y_j、j表示入射面，為第n+1次迭代的相位分布，n為迭代次數，為第n次迭代的相位分布，a_n為梯度收斂參數，h_n為迭代收斂方向；

調制及標刻模塊，用于將各所述目標相位依次輸入至所述空間光調制器，使得所述空間光調制器根據接收到的目標相位對入射激光光束進行相位調制后輸出貝塞爾光束，以在目標材料上依次標刻出各所述輪廓圖像。