一种无损探测像差修正装置及其方法与流程

本发明涉及激光加工，具体涉及一种无损探测像差修正装置及其方法。

背景技术：

1、现有技术公开了申请号为202211571941.1的一种观察装置，其中包括对材料内部像差修正效果的观察部分的装置及其方法。该装置部分包括可见光源，2个分色镜(一个分色镜和加工激光光源同路)，激光聚焦透镜，可见光成像相机和透镜，以及对可光光源有透过性质的加工对象。探测方法为将光光源射出的可见光，经过第1个分色镜反射，再透过第2个分色镜后，由激光聚焦透镜向对象物照射，然后反射光通过激光聚焦透镜以及2个分色镜，经由成像透镜被见光成像相机接收，而后将所摄图像传输给控制部进行判断与处理。

2、上述专利以及现有的大部分像差观察装置及其方法的不足之处在于，首先，该观察需要在加工对象完成被激光改质后，才能观察像差修正效果，属于事后反馈。这意味着每次像差修正算法的更新与尝试，都需要对加工对象改质，造成不可逆损坏。由于像差修正算法的多样性且需要反复迭代，必然会造成加工对象的浪费。其次，该装置在激光加工的光路基础上新增了观察光源、探测器以及光学元件，且与激光加工的光路有复用设计，装置结构复杂且精度要求高。此外，像差修正算法的反复迭代会占用激光加工装置工作时间，降低作业效率。最后，该观察装置部件均采用可见光范围，这要求对象物整体对可见光透过，即透明/半透明。常见的激光加工半导体材料如si等对可见光不透明，则不适用于该观察装置与方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无损探测像差修正装置及其方法，以解决上述背景技术中提出的每次像差修正算法的更新与尝试，都需要对加工对象改质，造成不可逆损坏和要求对象物整体对可见光透过，即透明/半透明。常见的激光加工半导体材料如si等对可见光不透明的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种无损探测像差修正装置，包括激光加工系统1以及控制部2，聚光透镜3、加工对象4、聚光透镜6、透镜7和光斑探测器8，激光加工系统1与聚光透镜3为机械连接，聚光透镜3、加工对象4、聚光透镜6、透镜7和光斑探测器8机械连接固定位置并平行布置，聚光透镜6、透镜7和光斑探测器8固定在电动位移平台9上，通过平台控制部10控制移动。

4、所述激光加工系统1中包括原激光光源和激光能量衰减装置；激光光源到达所述聚光透镜3，照射在加工对象4上，并形成单个或多个焦点5。

5、所述激光加工系统1替换为探测光源；聚光物镜6的na值大于聚光透镜3的na值，以免损失接收信息。

6、激光能量较低，并不在加工对象4形成改质或损害，聚光透镜6、透镜7和光斑探测器8对焦点尺寸起放大作用，

7、所述加工对象4与所述聚光透镜6之间增加标准反射镜12，在聚光透镜6和透镜7之间增加标准透镜12-1改变光路方向，调整各部件布置，使各部件更加紧凑。

8、一种无损探测像差修正方法，使用所述的无损探测像差修正装置，包括以下步骤；

9、s1；激光加工系统1或探测光源发出或者被衰减至低功率后，经过聚光透镜6，照射在加工对象4上，在加工对象4内部形成单个或多个焦点5，聚焦在光斑探测器8上；

10、s2；移动驱动位移台9，找到光斑尺寸最小处，记录光斑相关信息作为参考值；

11、s3；输入像差修正算法参数，携带修正算法信息的激光光源到达聚光物镜3，照射在加工对象4上，并形成单个或多个焦点5；光线继续传播穿过加工对象4后被聚光透镜4接收，然后经过透镜7后，被光斑探测器8接收，再次记录光斑信息，并与参考值做比较；

12、s4；像差修正算法输入优化后光斑信息与参考值进行对比；

13、s5；对比反馈信息传输到控制部2，优化像差修正算法，继续重复s3,s4，直到输出的光斑信息对于加工对象无影响使用为止，得到像差优化参数的最佳目标值。

14、所述s4中反复优化像差修正算法输入系统后得到的光斑信息与上一次经过像差修正算法的光斑信息对比，对像差修正的效果进行判断，判断结果可以帮助实验人员优化像差修正参数后再输入系统进行下一次反馈。

15、所述s3中移动位移台9移动，找到光斑尺寸最小处记录光斑相关信息。

16、判断结果可以由控制部2反馈到电动位移平台的控制部10，驱动电动位移台，结合像差修正算法，进行搜索和迭代，直至得到像差优化参数的最佳目标值；实施基于该装置进行自动化的探测和优化操作。

17、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

18、本发明的方法基于对焦点的信息被像差修正前后对应指标的关系，反馈判断像差修正效果，而非传统采用对被改质的加工对象进行摄像的方式探测，可以有效的反馈像差优化效果，加速像差修正算法的迭代效率，且并不损害被加工对象。

19、本发明的装置是施加的激光穿过加工对象对形成的焦点探测，无需反射，所以加工对象透明度无要求，可以适用于任意材质的被加工对象，并可以复用原激光光源，节省装置成本且灵活性高。

20、本发明的技术方案对带有像差修正的激光形成的焦点进行直接探测，而非外加光源系统，且不损害被加工对象，且不需要对加工对象进行移动或更换等操作，节省物料成本，提高修正算法迭代效率。

21、本发明的技术方案可以不用新增观察光源，简化像差修正的反馈装置结构，精度要求不高，通过对基于该原理的装置结构的灵活变体，容易移植嵌入至不同的主系统中。

技术特征：

1.一种无损探测像差修正装置，其特征在于，包括激光加工系统(1)以及控制部(2)，聚光透镜(3)、加工对象(4)、聚光透镜(6)、透镜(7)和光斑探测器(8)，激光加工系统(1)与聚光透镜(3)为机械连接，聚光透镜(3)、加工对象(4)、聚光透镜(6)、透镜(7)和光斑探测器(8)机械连接固定位置并平行布置，聚光透镜(6)、透镜(7)和光斑探测器(8)固定在电动位移平台(9)上，通过平台控制部(10)控制移动，平台控制部(10)与控制部(2)为幸好传输线连接。

2.根据权利要求1所述的无损探测像差修正装置，其特征在于，所述激光加工系统(1)中包括原激光光源和激光能量衰减装置；激光光源到达所述聚光透镜(3)，照射在加工对象(4)上，并形成单个或多个焦点(5)。

3.根据权利要求1所述的无损探测像差修正装置，其特征在于，所述激光加工系统(1)替换为探测光源；聚光物镜(6)的na值大于等于聚光透镜(3)的na值。

4.根据权利要求1所述的无损探测像差修正装置，其特征在于，所述加工对象(4)与所述聚光透镜(6)之间增加标准反射镜(12)，在聚光透镜(6)和透镜(7)之间增加标准透镜(12-1)改变光路方向，调整各部件布置，使各部件更加紧凑。

5.一种无损探测像差修正方法，其特征在于，使用权利要求1-4任意一项所述的无损探测像差修正装置，包括以下步骤；

6.根据权利要求2所述的无损探测像差修正方法，其特征在于，所述s4中反复优化像差修正算法输入系统后得到的光斑信息与上一次经过像差修正算法的光斑信息对比，对像差修正的效果进行判断，判断结果可以帮助实验人员优化像差修正参数后再输入系统进行下一次反馈。

7.根据权利要求2所述的无损探测像差修正方法，其特征在于，所述s3中移动位移台(9)移动，找到光斑尺寸最小处记录光斑相关信息。

技术总结
本发明公开了一种无损探测像差修正装置及其方法，包括激光加工系统以及控制部，聚光透镜、加工对象、聚光透镜、透镜和光斑探测器，激光加工系统与聚光透镜为机械连接，聚光透镜、加工对象、聚光透镜、透镜和光斑探测器机械连接固定位置并平行布置，聚光透镜、透镜和光斑探测器固定在电动位移平台上，通过平台控制部控制移动；本发明的方法基于对焦点的信息被像差修正前后对应指标的关系，反馈判断像差修正效果，而非传统采用对被改质的加工对象进行摄像的方式探测，可以有效的反馈像差优化效果，加速像差修正算法的迭代效率，且并不损害被加工对象。

技术研发人员：杨海宁,杨诗怡,龙震,李雪锋,李昆
受保护的技术使用者：剑芯光电（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27