[发明专利]用于球面微结构的全息飞秒激光分层并行加工方法及系统

说明书

本发明涉及用于球面微结构的全息飞秒分层并行加工方法及系统，包括以下步骤：根据工件表面待加工微结构阵列图案，确定工件表面不同层的微结构所在的位置及深度信息，生成多层微结构对应的坐标文件；根据生成的坐标文件使用分数阶傅里叶变换进行多层微结构对应的全息图的迭代计算，获得满足设定要求的全息图；利用得到的多层微结构对应的全息图，对飞秒激光光束进行调制，利用调制后的飞秒激光光束对工件进行加工，本发明的方法无需设置高精度工作台。

技术领域

本发明属于超快激光全息技术与高端微纳制造领域，具体涉及用于球面微结构的全息飞秒激光分层并行加工方法及系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

现代制造技术已呈现出精、小、细、微的发展趋势，并涉及到航天、国防、材料、医药、生物等关系国计民生的诸多应用领域。在高端微纳制造领域，以激光微切割、激光微连接、激光微孔加工、激光微刻蚀和激光微成型等为代表的激光微纳制造技术，跨越了毫米、微米和纳米多个空间尺度，已成为现代社会举足轻重的先进制造技术之一。近年来，超快激光凭借超短的脉冲宽度和超高的功率密度的特点，在高端制造技术领域优势突显，尤其对小微零件和高精密结构的制造提供了新的解决方案，有力的推动了新的制造理念和方法，不断的刷新制造尺度的极限。同时，解决激光能量利用效率和加工效率的限制，为超快激光微纳制造技术的发展和工业化提出了新的挑战。

激光加工在激光打标、钻孔、切割等领域具有独特的优势，尤其便于周期特性结构的加工制造，传统的飞秒激光加工是逐点扫描加工，导致加工时间过长、加工效率过低，制约了飞秒激光在精密加工领域的发展及应用，目前，在工业应用中，激光脉冲能量一般在毫焦级，而材料的烧蚀仅需微焦级的激光脉冲能量，因此在加工过程中造成了极大的能量浪费，也容易出现过烧蚀现象。全息飞秒激光技术凭借其灵活多变的特性引起关注，并广泛应用于光镊、双光子聚合、生物医疗以及表面微织构制备等领域。

全息飞秒激光并行加工技术适用于透明材料表面和内部二维微结构阵列的高效加工，但是发明人发现，全息飞秒激光加工技术如果加工非平面微结构，需要精密的加工平台，这就增加了对设备的要求，加工误差大。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供用于球面微结构的全息飞秒激光分层并行加工方法，可以在没有精密加工平台的条件下获得精密的微结构，以及精确的位置关系，减少加工误差。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了用于球面微结构的全息飞秒分层并行加工方法：

根据工件表面待加工微结构阵列图案，确定工件表面不同层的微结构所在的位置及深度信息，生成多层微结构对应的坐标文件；

根据坐标文件，使用分数阶傅里叶变换进行工件多层微结构对应的全息图的迭代计算，获得满足设定要求的全息图；

利用得到的多层微结构对应的全息图，对飞秒激光光束进行调制，利用调制后的飞秒激光光束对工件进行加工。

第二方面，本发明的实施例提供了用于球面微结构的全息飞秒分层并行加工系统，包括：

飞秒激光系统：能够产生飞秒激光光束；

空间光调制器：与控制系统连接，能够接收飞秒激光系统照射的飞秒激光光束，并加载由控制系统传输的多层加工层的全息图，根据接收的全息图对光束进行调制；

4F光学机构：能够接收空间光调整器传输的调制后的光束，并对光束进行缩束；

聚焦物镜：能够接收4F光学机构透过的光束，并将光束聚焦到工件表面。