[發(fā)明專利]一種全頻段誤差收斂的激光修形方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310411740.3
• 申請(qǐng)日: 2023-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116408535A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏朝陽(yáng);韓宜池;萬(wàn)嵩林;彭小聰;邵建達(dá);江國(guó)昌;王林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): B23K26/00
• 分類號(hào): B23K26/00;B23K26/70
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種全頻段誤差收斂的激光修形方法，步驟為：首先基于激光修形模擬結(jié)果，確定致密化?熔融效應(yīng)的脈寬范圍，從而獲取脈寬范圍內(nèi)的修形深度；然后提取初始面形數(shù)值，將單個(gè)激光點(diǎn)集束成激光加工子區(qū)域，把區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)深度取平均值，獲得修形平均深度點(diǎn)圖；根據(jù)脈寬與修形深度的關(guān)系將修形平均深度點(diǎn)圖轉(zhuǎn)化為脈寬點(diǎn)圖；然后設(shè)置聲光調(diào)制器信號(hào)，通過(guò)控制激光加工子區(qū)域的重疊掃描路徑，實(shí)現(xiàn)全頻段收斂的高精度修形。本發(fā)明不需要任何附加成本，僅需控制脈寬并按照重疊路徑掃描，即可實(shí)現(xiàn)全頻段誤差收斂。該方法擴(kuò)展了激光加工的應(yīng)用場(chǎng)景，并提供了一種高精度、低成本的光學(xué)制造新方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)加工領(lǐng)域，特別是一種全頻段誤差收斂的激光修形方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超精密光學(xué)元件應(yīng)用在越來(lái)越多的領(lǐng)域，為了滿足超精密光學(xué)元件迫切的加工需求，激光拋光具有非接觸加工、不引入表面缺陷及拋光水解雜質(zhì)等特點(diǎn)，是有望實(shí)現(xiàn)高精度加工的一種很有前景的方法，但是激光拋光后的表面會(huì)留有殘余波紋，大大惡化了表面精度，需要對(duì)元件進(jìn)一步修形以使元件滿足成像需求。因此有必要發(fā)明一種方法來(lái)去除殘余波紋，激光修形是一種相對(duì)較經(jīng)濟(jì)的非接觸修形方法，但目前基于燒蝕原理的單點(diǎn)掃描修形方法，無(wú)法同時(shí)保證面形和粗糙度的同步收斂且會(huì)引入激光掃描波紋，因此發(fā)展新的理論和工藝實(shí)現(xiàn)材料的全頻段誤差收斂，這對(duì)加工領(lǐng)域的發(fā)展有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有激光修形方法無(wú)法保證面形和粗糙度同步收斂且會(huì)引入激光掃描波紋，故提出一種全頻段誤差收斂的激光修形方法，該方法將致密化-熔融效應(yīng)和重疊集束工藝結(jié)合，僅需控制脈沖寬度和按照重疊集束工藝進(jìn)行掃描，就能實(shí)現(xiàn)全頻段誤差收斂。該方法拓展了激光修形的應(yīng)用場(chǎng)景，并對(duì)提高高端光學(xué)元件的制造精度和效率有重大意義。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種全頻段誤差收斂的激光修形方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括步驟如下：

1)基于致密化-熔融效應(yīng)的確定在不同時(shí)刻t下激光脈沖的寬度τ_p，公式如下：

其中

其中ρ₀是待修形材料的密度，C_p是定壓比熱容，K是導(dǎo)熱系數(shù)，A是待修形材料的吸收率，P是激光功率，v_scan是激光掃描速度，r₀是激光光斑半徑，T是待修形材料的溫度，T_f是待修形材料的虛擬溫度，ΔH是激活焓，R是理想氣體常數(shù)為8.314J/(mol·K)，x是擬合系數(shù)；τ_v為弛豫函數(shù)，為梯度算子符號(hào)。

2)確定不同激光脈沖的寬度對(duì)應(yīng)的修形深度h，公式如下：

其中h_HAZ是熱影響區(qū)厚度。

3)提取待修形區(qū)域面形高度數(shù)據(jù)，將面形高度最低位置設(shè)為0，高于該位置的點(diǎn)需要被修形，高出最低點(diǎn)的高度被視為修形深度，隨后依次提取X方向間隔d_x，Y方向間隔d_y點(diǎn)的修形深度；隨后將各高斯激光點(diǎn)集束成激光加工子區(qū)域，把激光加工子區(qū)域作為全新的去除函數(shù)f(x,y)，計(jì)算得到子區(qū)域的修形平均深度，從而獲取修形平均深度點(diǎn)圖

4)將所述激光修形平均深度點(diǎn)圖轉(zhuǎn)化為激光脈寬點(diǎn)圖

其中代表激光加工子區(qū)域的脈沖駐留時(shí)間，代表卷積符號(hào)。

5)根據(jù)所述激光脈寬點(diǎn)圖設(shè)置控制激光器聲光調(diào)制器的時(shí)序信號(hào)，通過(guò)重疊集束方式控制激光加工子區(qū)域的重疊掃描路徑，最終實(shí)現(xiàn)全頻段收斂的激光修形。