[发明专利]激光微纳加工分光瞳差动共焦在线监测一体化方法与装置

摘要

本发明属于激光精密检测技术、激光微纳加工监测技术领域，涉及激光微纳加工分光瞳差动共焦在线监测一体化方法与装置，可用于复杂微细结构的激光微纳加工与在线检测。本发明将长工作距、高轴向分辨的分光瞳激光差动共焦轴向监测模块与飞秒激光加工系统有机融合，利用分光瞳差动共焦系统曲线零点对样品轴向位置进行纳米级监测实现了样品轴向位置的实时定焦和加工后微纳结构尺寸的高精度测量，解决了测量过程中的漂移问题和高精度在线检测问题，提高了微纳飞秒激光加工精度的可控性和样品的加工质量等。加工前，还可以利用显微成像模块对样品进行粗找正和横向位置识别。

主权项

1.激光微纳加工分光瞳差动共焦在线监测一体化方法，其特征在于：利用飞秒激光加工系统对样品进行微纳结构加工，利用分光瞳差动共焦轴向监测模块对样品的轴向位置进行实时监控，实现微纳结构高精度加工与监测的一体化，提高微纳结构激光加工精度的可控性和样品的加工质量；包括以下步骤：步骤一、将样品(9)置于精密工作台(10)上，由精密工作台(10)带动样品(9)进行扫描运动，利用分光瞳差动共焦轴向监测模块(1)对样品(9)的表面轮廓进行扫描测量，并将其测量结果反馈给计算机(30)，用于飞秒激光加工系统对加工控制参数的调整；其中，分光瞳差动共焦轴向监测模块(1)由激光器(2)、扩束器(3)、反射镜(12)、探测物镜(13)、分光瞳差动探测器(14)组成，轴向监测平行光束(4)经二向色镜A(5)反射、二向色镜B(6)透射后，进入物镜(7)并被聚焦到样品(9)上，经样品(9)反射的反射轴向监测光束(11)经反射镜(12)、探测物镜(13)、光斑放大物镜(25)后汇聚到探测器CCD(26)上，在探测器CCD(26)像面上的探测光斑(27)上取两个对称的第一探测区域(31)和第二探测区域(32)，得到分光瞳差动共焦曲线(28)；依据分光瞳差动共焦曲线(28)的过零点位置对样品(9)的轴向离焦位置进行纳米级检测，步骤二、利用飞秒激光器(15)、激光时空整形模块(16)、二维扫描器(18)构成的飞秒激光加工系统对样品(9)进行微纳结构加工，加工过程中利用分光瞳差动共焦轴向监测模块(1)对加工过程中样品(9)表面的轴向位置进行监测；依据分光瞳差动共焦曲线(28)的过零点位置对样品(9)的轴向位置进行纳米级监测；步骤三、计算机(30)依据测量结果调整样品(9)的轴向位置，实时调整精密工作台(10)的位置，实现加工过程中样品的精确定焦；步骤四、加工完成后，可利用分光瞳差动共焦轴向监测模块(1)对加工完成后的样品结构进行扫描测量，实现加工后样品的高精度在线检测。样品(9)的轴向位置实时监控和轴向定焦，同时，记录样品(9)的轴向结构尺寸，实现样品(9)轴向尺寸的纳米级检测。