[发明专利]一种fs激光器加工非单层材料的实时监测方法

说明书

一种fs激光器加工非单层材料的实时监测方法，先选定非单层材料的监测谱线，再在fs激光器加工非单层材料的过程中，每束激光激发的等离子体光由单色仪收集并筛选出与监测谱线同等波长的光，再将筛选出的光的光强度经PMT转换成电流脉冲信号，然后由后续电路对电流脉冲信号进行处理，再依据处理结果对fs激光器进行控制，以对下一束激光进行调整，依次循环操作，直至非单层材料中的第一层材料被击穿，实现穿孔。本设计不仅灵敏度较强，而且能够实现自动化，工作效率较高。

技术领域

本发明涉及一种等离子体光谱监测工艺，属于fs激光器加工领域，尤其涉及一种fs激光器加工非单层材料的实时监测方法。

背景技术

飞秒激光加工过程中，存在很多层状材料结构(包括空腔类结构)，需要在材料表层进行制孔、挖槽而不损伤二层材料或空腔对壁面。目前，常用的加工方式是控制聚焦后的飞秒激光进行旋切扫描并配合法向进给最终实现整个激光制孔或挖槽的目的。但该方式存在缺陷：对于多层材料，一旦表层材料加工完成时，由于激光器无法及时停止，很容易会造成二层材料或空腔对壁区域的损伤。此外由于孔型及加工工艺等原因，无法做到孔底所有区域同时穿透，因而，为了保证孔底孔径符合要求，即使在孔底部分区域已经穿透的情况下，依然需要继续加工，从而加重二层材料或对壁面的损伤。为此，需要对fs激光器的加工进行监测。

目前，fs激光器加工的实时监测主要采用CCD拍摄加工面图像，人为识别加工完成度来实现，该种监测方式存在反应灵敏度差、二层损伤严重、无法实现自动化、生产效率低等缺陷。

因此，急需一种自动监测技术，对高频脉冲激光的每束激光的加工状态进行监测，从而指导后续激光束的行为，从而实现第二层材料或对壁面的无损加工。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的灵敏度较差、无法实现自动化的缺陷与问题，提供一种灵敏度较强、能够实现自动化的fs激光器加工非单层材料的实时监测方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种fs激光器加工非单层材料的实时监测方法，包括以下步骤：

第一步，先选定非单层材料的监测谱线，该监测谱线是一种等离子体光谱线；

第二步，在fs激光器加工非单层材料的过程中，每束激光激发的等离子体光由单色仪收集并筛选出与监测谱线同等波长的光，再将筛选出的光的光强度经PMT转换成电流脉冲信号，然后由后续电路对电流脉冲信号进行处理，再依据处理结果对fs激光器进行控制，以对下一束激光进行调整，依次循环操作，直至非单层材料中的第一层材料被击穿，实现穿孔。

所述后续电路对电流脉冲信号进行处理是指：后续电路根据电流脉冲信号的高低判断第一层材料是否穿透。

所述非单层材料为多层材料时，以第二层材料的主量元素的特征谱线作为监测谱线；

所述非单层材料为空腔类结构时，以第一层材料的主量元素的特征谱线作为监测谱线。

所述选定非单层材料的监测谱线是指：先搭建激光诱导击穿光谱技术系统，再模拟制孔过程，然后由光谱仪记录每束激光所产生的等离子体光谱，再画出第一层材料被击穿前后，即穿孔前后的等离子体光谱图，然后对比等离子体光谱图的变化，以选出监测谱线。

所述监测谱线的选择标准包括：谱线强度较高，谱线周围无其他干扰峰，谱线强度在穿孔后变化较为明显。