[发明专利]飞秒激光加工参数分光瞳共焦Raman光谱原位监测方法与装置

摘要

本发明属于激光精密检测技术、飞秒激光加工监测技术领域，涉及飞秒激光加工参数分光瞳共焦Raman光谱原位监测方法与装置。本发明将高分辨的分光瞳共焦轴向监测模块与飞秒激光加工系统有机融合，利用分光瞳共焦曲线最大值点对样品轴向位置进行纳米级监测和样品轴向加工尺寸测量，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原位检测问题；利用共焦拉曼光谱探测模块对加工后样品材料的分子结构等信息进行监测分析，利用计算机对上述信息进行融合，实现微细结构飞秒激光高精度加工与微区形态性能原位监测分析一体化，提高飞秒激光加工精度的可控性和样品的加工质量等。

主权项

1.飞秒激光加工参数分光瞳共焦Raman光谱原位监测方法，其特征在于：利用飞秒激光加工系统对样品进行微细结构加工，利用激光分光瞳共焦轴向监测模块对样品表面形貌轮廓、加工中样品表面轴向位置进行实时监控，并对加工后样品表面的几何参数进行检测，利用共焦拉曼光谱探测模块对飞秒激光加工后样品材料的物性变化进行监测分析，进而实现微细结构飞秒激光高精度加工与微区形态性能原位监测分析一体化，提高微细结构飞秒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，并将测量结果反馈给计算机(33)，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)和分光瞳共焦探测器(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(19)后汇聚到探测器CCD(27)上，对探测器CCD(27)像面上探测光斑(28)的探测区域(29)进行信号处理，得到分光瞳共焦曲线(23)；依据分光瞳共焦曲线(23)的最大值点位置对样品(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)和二维扫描器(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；依据分光瞳共焦曲线(23)的最大值点位置对样品(9)的轴向位置进行纳米级监测；步骤三、计算机(33)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，利用分光瞳共焦轴向监测模块(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(9)形态参数的纳米级高精度原位检测；步骤五、轴向监测平行光束(4)经物镜(7)聚焦到样品(9)上，激发出拉曼散射光谱，所述拉曼散射光谱经二向色镜B(6)反射后由拉曼光谱探测模块(26)探测，对加工后样品的物性参数进行原位检测分析，其中，拉曼光谱探测模块(26)由光谱耦合透镜(24)和光谱探测器(25)组成。