[发明专利]用于加工光纤光栅的纤芯自动聚焦方法及系统、存储介质

说明书

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种用于加工光纤光栅的纤芯自动聚焦方法及系统、存储介质。所述方法包括：实时采集待加工光纤于三维平移台上的图像；调整待加工光纤与显微镜头在Z轴方向上的相对位置，直至识别出图像中纤芯和包层之间形成两条边界线；计算两条边界线的中心点于三维平移台上的位置，据此调整待加工光纤于三维平移台上的位置，直至中心点与激光焦点的XY坐标重合。本发明实施例通过图像识别技术，可快速准确寻找到所需加工的纤芯的中心位置，保证加工精度，提高加工品质和成功率，提高加工效率。由于主要采用软件实现，硬件部仅需要使用低成本的图像传感器，对现有的激光加工系统无需重大改动，因此整个解决方案经济高效。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种用于加工光纤光栅的纤芯自动聚焦方法及系统、存储介质。

背景技术

激光纳米加工，又称为激光纳米三维打印技术，具有加工设备简单、无需复杂制备工艺并且可以进行三维加工等优势，已经成为新兴的最重要的精密制造技术之一。

激光纳米三维打印技术，通过使用高数值孔径的显微镜头将激光聚焦在需要加工的位置，利用实现在焦点处的高光强，在不同介质(包括聚合物、玻璃、金属以及新型二维材料等)内改变材料性质，以加工形成纳米级精度的结构。

通过飞秒激光三维纳米打印技术，可以加工出具有不同功能的结构，包括聚合物光子晶体结构、超薄微透镜、微型光波导及光纤光栅；而且，其加工精度高，影响区域小(空间分辨率高)，可实现纳米级的精度控制。所以在一些需要超高精度的微加工方面引起了广泛关注。

光纤布拉格光栅，即在纤芯内形成的空间相位周期性分布的光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。由于传统的光纤光栅制备方法是基于准分子激光曝光的方法制备光纤光栅，要求使用的光纤纤芯具有高的光敏性，需要在光纤纤芯中掺杂锗元素和硼元素。而纯二氧化硅纤芯，不具有光敏性，无法采用传统方法制备光纤光栅。而一种基于飞秒激光的新型的光纤光栅制备技术很好的解决了上述问题。使用飞秒激光技术，是利用了飞秒激光瞬时能量高、非热加工、加工精度高等优点。通过飞秒激光技术制备光纤光栅，相对于传统方法，不仅能够在非光敏光纤上制备光栅，如：纯二氧化硅光纤、氟化物光纤等，还具有其他优点。首先，飞秒激光制备，不需要使用相位模板，因此可以摆脱相位模板的限制，理论上可以制备任何反射波长的光纤光栅，例如在氟化物光纤制备2μm、3μm光纤光栅；其次，800nm的飞秒激光能够透过光纤的涂覆层(丙烯酸酯、聚酰亚胺等)，因此，制栅过程中不需要剥除光纤涂覆层，使制备的光纤光栅强度大大提高。更主要的，准分子制备的光纤光栅，无法承受高温度，当温度高于150度，光纤性能开始退化，而飞秒激光制备的光栅，耐温能够达到1000度，能够使用在高温环境中。

由于其三维高精度的特点，在激光纳米加工过程中控制激光焦点与所需要加工光栅的纤芯的相对位置尤为关键。假设光纤的被完美的安装在平移台的基础上，使用者必须在三维空间中找到光纤光栅制造的位置。此过程中通常涉及一个步骤：找到待加工光纤的纤芯的xy位置，以便将激光聚焦在xy平面内纤芯的中心位置。在当前的飞秒激光制造系统中，这个过程是由使用者基于人眼来完成的，这缺乏准确性和可重复性，因此由对准引起的不准确性是不可避免的，无法有效保证光纤光栅的加工质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于加工光纤光栅的纤芯自动聚焦方法及系统、存储介质，解决现有技术存在的无法自动准确聚焦至纤芯的中心位置的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种纤芯自动聚焦方法，用于激光加工光纤光栅，包括：

实时采集待加工光纤于三维平移台上的图像；所述三维平移台平行于X轴和Y轴，并垂直于Z轴；所述待加工光纤包括纤芯和包层；

调整所述待加工光纤与显微镜头在所述Z轴方向上的相对位置，直至识别出当前采集的图像中所述纤芯和所述包层之间形成两条边界线；