用于原位过程监测的方法和装置与流程

专利2022-05-09  114


用于原位过程监测的方法和装置
1.发明技术
2.本发明涉及一种利用高重复率的单脉冲测量,通过脉冲激光器进行快速过程监测的方法和装置。其允许在激光器的原位检查(inspection)和/或检测(detection)期间,原位过程监测和控制高重复率的单脉冲测量。
技术领域
3.本申请涉及通过激光器的原位检查和/或检测,并且涉及利用激光脉冲的光谱干涉效应的综合过程监测。


背景技术:

4.自从涉及通过激励辐射发射的光放大(简称“激光器”)发明以来,已开发出从测量到处理的多种应用。激光的物理性质连同干涉测量法一起允许极其精确分析和处理。借助于超短脉冲激光器的极短和宽带光脉冲,执行光谱干涉测量是可能的。这样允许检测极其快速过程等。
5.us 2017/0120377公开了用于利用所谓“谱域光学相干断层扫描”(spectral domain optical coherence tomography,sdoct)而修改材料的相干成像和反馈控制的方法和系统。激光束处理待烧蚀的试样并且随后穿过干涉测量元件(即迈克尔逊干涉仪),以通过额外成像光束来产生干涉图案。高速cmos光谱仪将所得干涉图案转换为数字信号,该数字信号由称为反馈控制器的计算装置进行分析,从而生成输出信号。本输出信号最终根据干涉测量输出而分别控制或至少影响过程或处理参数。
6.这种方法的缺点在于,采样率仅处于数百千赫兹的范围内。两个因素限制了最大采样率。首先,高速cmos传感器的最大图像样本读取率为约300khz。此外,反馈控制器的速度一方面受限于cpu时钟速率,并且另一方面受限于所实现控制程序的复杂性,而处于几百千赫兹的范围内。此外,除了处理激光器外,还使用第二光源,从而增加成本和技术设置的复杂性。
7.us 2017/0067821公开了一种单次拍摄的太赫兹成像系统,包括干涉仪和太赫兹光谱仪,其仪配置成通过ccd相机测量所干涉的太赫兹辐射。太赫兹光谱仪包括配置成接收所干涉的太赫兹辐射并输出空间色散的太赫兹辐射的频率色散元件,和配置成确定空间分散的太赫兹辐射的强度的太赫兹辐射检测器。本系统允许样本表面的三维外形的测量。
8.本测量装置的缺点为由于使用ccd相机而限制测量速率。因此,需要通过ccd相机的数字信号处理来避免速度限制,并且额外地降低机器成本并增加基于脉冲激光器的材料处理的质量和精度以使其更有利可图。
9.mahjoubfar ata等人:“al

augmented time stretch microscopy”,progress in biomedical optics and imaging,spie

international society for optical engineering,bellingham,wa,us,vol.10076,2017.02.22,第100760j

100760j页,doi:10.1117/12.2252572描述了一种用于以线扫描形式的空间分辨率的高速成像的科学测量
方法和装置。利用时间拉伸色散傅里叶变换方法,实现了测量数据的数字化以用于基于人工智能的后继计算数据分析。
10.k.goda等人:“hybrid dispersion laser scanner”,scientific reports,vol.2,2012.06.08,doi:10.1038/srep00445涉及一种混合分散激光扫描仪,其包括无任何机械部件的空间分辨率的2d扫描仪。测量装置利用超短脉冲激光器和时间拉伸色散傅里叶变换以用于测量数据的数字化。数据分析由计算软件来执行。
11.us 2011/109911 a1描述了一种使用非相干光源执行称为光学相干断层扫描(optical coherence tomography,oct)的方法的装置。光纤环路的使用扩大了测量范围。测量信号由ccd芯片来记录。
12.lau andy k s等人:“interferometric time

stretch microscopy for ultrafast quantitative cellular and tissue imaging at 1m”,journal of biomedical optics,spie,vol.19,no.7,2014.07.01,第76001页,doi:10.1117/i.jbo.19.7.076001描述了一种利用用于快速测量数据记录的超短脉冲激光器和时间拉伸色散傅里叶变换的id成像方法。激光束通过衍射光栅而扩宽,以扫描穿过显微镜组件的id线。
13.所有述及方法和装置的缺点在于,由于所需的繁琐计算数据分析,信号的实时应答为不可能的。此外,由于测量数据物理上受限于计算机存储器,连续操作为不可能的。最后,所有描述方法和装置制备用于测量。由于所披露组件,处理为实际上不可能的。


技术实现要素:

14.本发明的目的为一种新型处理和测量方法,以增加检测速度并且从而开辟新处理机会,诸如由于更复杂三维结构的较高处理时间分辨率和较快处理时间而实现的较高处理准确度。其允许较高时钟速率,并且避免了数字信号分析的速度限制。
15.在模拟电域中处理电信号为本发明的关键点。其它实施方式应用电信号的快速模数转换,该快速模数转换始终受限于所用处理器的时钟速度。在此,所关注信号利用过滤器(例如,射频过滤器)和整流来直接地检测。
16.本发明的关键步骤为所谓时间拉伸色散傅里叶变换(time

stretch dispersive fourier transform,ts

dft),其允许在时域中操作;这与所引用方法和装置相反,这些方法和装置在将频率映射到位置之后操作(例如经由角度色散),以空间图像替代时间电信号(频率)。在本发明中,两个超短脉冲激光束在穿过色散元件期间彼此干涉,从而得到一个干涉光束。时间干涉图(例如映射至拉伸时域中的光谱干涉)为所得光信号。光信号的时间调制频率由光电检测器测量,并转换成电信号。干涉光束的时间调制频率和电信号分别与τ相关联:
[0017][0018]
变量τ表示两个超短脉冲之间的时间差值。l和β分别为所用色散元件的长度和色散参数。例如,此类色散元件可为纤维。借助于干涉测量设置(例如,诸如迈克尔逊干涉仪),两个脉冲从脉冲光束的一个脉冲来生成,该脉冲光束的时间差值特别地取决于从分束器至目标物体的距离相比于其与基准臂的对应距离。时间差值也可由于穿过具有不同光学密度
的目标物体的透射率而出现,其还物理上描述为折射率不同,该透射率得到不同光传播速度。
[0019]
每个距离差值或折射率差值,和因此每个时间差值τ得到由光电检测器所生成的特征射频信号。利用至目标物体的特定距离或目标物体的特定折射率形式(相比于至基准镜的距离)的已知目标值,将本信号过滤为所计算特征频率f
r,calc
,这允许控制超短脉冲激光器(例如,该超短脉冲激光器的光束同时用于处理和测量)。射频过滤器配置成由用户或控制元件接收阈值频率,其中该阈值频率可对应于两个臂的路径长度的特定差值,该特定差值继而可对应于目标物体的某种预定处理状态。因此,射频过滤器可通过生成信号而控制处理激光器,以在达到阈值频率的情况下停止该过程。
[0020]
本发明的优点在于,超短脉冲激光束分裂成处理光束和测量光束,这允许以高精度的亚微米范围(例如,10μm以下)内的深度信息或以高精度的目标物体的折射密度信息执行同时过程监测和因此极其快速处理。
[0021]
本发明涉及一种用于在激光处理期间的原位过程监测的方法,至少包括以下步骤:由超短脉冲激光器发射至少一个超短脉冲激光束;由分束器将至少一个超短脉冲激光束分裂成至少一个主脉冲激光束和至少一个基准脉冲激光束;由目标物体反射或透射所述至少一个主脉冲激光束,并由基准镜反射所述至少一个基准脉冲激光束;通过叠加至少一个反射或透射主脉冲激光束和至少一个反射基准脉冲激光束,提供至少一个组合脉冲激光束;将至少一个组合脉冲激光束耦合至色散元件中;由于色散元件在时间上拉伸频率内容(frequency content),至少一个组合脉冲激光束与自身干涉;将至少一个干扰光束转换为电信号,由此至少一个干涉光束为色散元件产生和发射,其中在色散元件中进行时间拉伸之后,频谱和相应时间波形的幅值/强度调制反比例于至少一个反射或透射主脉冲激光束和至少一个反射基准脉冲激光束之间的时间延迟;过滤电信号的特定频率和/或特定频率范围;和将过滤电信号整流成输出信号以控制功能和/或作为测量对象。
[0022]
带通过滤器可用作过滤器,该过滤器可滤除特定频率范围。另一有利实施例允许过滤器仅传输一个特定射频。
[0023]
此外,色散元件可为光谱色散元件,该光谱色散元件可由于光谱干涉效应而用于光谱干涉测量。
[0024]
此外,所提出方法仅以一个主脉冲激光束工作,并且不需要多个主脉冲激光束进行处理和测量。
[0025]
非绝对必须的是,至少一个主脉冲激光束仅由目标物体来反射。如已提及,还可能的是,至少一个主脉冲激光束透射穿过(半)透明物体,使得折射率的差值或厚度的差值可进行测量。
[0026]
在本发明的当前实施例中,分束器的分束器轴线相对于入射的至少一个超短脉冲激光束倾斜45
°

[0027]
在本发明的当前实施例中,至少一个主脉冲激光束和至少一个基准脉冲激光束基本上为彼此垂直的。
[0028]
在本发明的当前实施例中,至少一个基准脉冲激光束由基准镜在基本垂直方向上进行反射。
[0029]
在本发明的另一个实施例中,至少一个超短脉冲激光束包括交替地使用的至少一
个处理脉冲和至少一个检测脉冲。处理脉冲和检测脉冲可包括不同能量,诸如高能和低能脉冲。不同中心频率也为可能的。处理脉冲可在uv范围内操作,并且检测脉冲可在近红外范围内操作。例如,两种脉冲或光束可通过二色分束器进行分裂和叠加。
[0030]
在本发明的当前实施例中,至少一个处理脉冲用于处理应用,并且至少一个检测脉冲用于测量。
[0031]
结合本发明的此类处理应用特别地意指钻孔、切割、烧蚀、熔化、硬化、以增材制造和表面改性(例如,诸如折射率修改)的方式进行的打印。测量包括测量或检测,特别是距离、(半)透明表面或物体的折射率。术语处理不应以材料移除的意义来理解。敏感介质的自适应激光手术或少数拍摄处理(few

shot processing)也为可能处理应用。
[0032]
在本发明的当前实施例中,至少一个处理脉冲和至少一个检测脉冲进行差异地偏振。
[0033]
在本发明的当前实施例中,至少一个反射基准脉冲激光束和至少一个反射或透射主脉冲激光束通过穿过分束器进行叠加。
[0034]
在本发明的当前实施例中,超短脉冲激光器以长于拉伸测量信号持续时间的脉冲间隔提供脉冲,该拉伸测量信号为基准光束的脉冲和/或等距脉冲的形式。
[0035]
任何其它形式脉冲序列也为可能的。
[0036]
在本发明的当前实施例中,超短脉冲激光器以数纳秒至飞秒的范围内的脉冲持续时间提供脉冲。
[0037]
在本发明的另一个实施例中,至少一个处理脉冲在离开超短脉冲激光器之后进行偏振,并且在进入色散元件之前由过滤元件来滤除。
[0038]
本方法的技术实施方式为一种装置,该装置至少包括材料处理单元、测量单元和控制单元。
[0039]
本发明还涉及一种用于处理和原位过程监测的装置,包括:超短脉冲激光器,配置成发射至少一个超短脉冲激光束;分束器,配置成将至少一个超短脉冲激光束分裂成至少一个主脉冲激光束和至少一个基准脉冲激光束;目标物体,由至少一个主脉冲激光束进行处理,并且将主脉冲激光束部分地反射或透射至分束器;基准镜,配置成将至少一个基准脉冲激光束反射至分束器,并且将至少一个反射或透射主脉冲激光束和至少一个反射基准脉冲激光束叠加成至少一个组合脉冲激光束;色散元件,配置成由至少一个组合脉冲激光束穿过,并且配置成以与至少一个反射或透射主脉冲激光束和至少一个反射基准脉冲激光束的脉冲之间的时间延迟成反比的幅值/强度调制提供至少一个基准光束;检测元件(例如光电检测器),配置成将至少一个基准光束转换成电信号,该电信号表示光谱干涉图的时间拉伸强度包络图;频率过滤器,配置成过滤电信号的特定频率和/或特定频率范围;和整流器,配置成将所过滤电信号整流成输出信号以控制功能和/或用作测量对象。
[0040]
为获得清晰和可管理的输出信号,信号放大器可布置于检测元件和/或过滤元件和/或整流器之后。
[0041]
还可能的是,通过光纤放大器将光信号在其转换之前放大,例如,诸如由激光器所泵送的掺铒光纤放大器(erbium doped fiber amplifier),或色散元件内侧的拉曼放大(raman amplification)。
[0042]
在本发明的另一个实施例中,超短脉冲激光器为飞秒激光器、皮秒激光器或纳秒
激光器。
[0043]
在本发明的当前实施例中,超短脉冲激光器包括控制所发射超短脉冲激光束强度的电子快门和/或光圈,和/或超短脉冲激光器之后为偏振器和/或光隔离器。此类电子快门可为例如声光或电光调制器或快门。在本发明的有利实施例中,该光圈为电驱动光圈。
[0044]
在本发明的当前实施例中,基准镜配置成将至少一个基准脉冲激光束基本上垂直于分束器进行反射。分束器将至少一个反射或透射主脉冲激光束和至少一个反射基准脉冲激光束叠加成至少一个组合脉冲激光束。
[0045]
在本发明的另一个实施例中,色散元件为光谱色散元件。
[0046]
在本发明的另一实施例中,检测元件为光电检测器。
[0047]
该装置还可包括放大器,该放大器配置用于放大干涉光束和/或所过滤的电信号。
[0048]
本发明的所提及实施例还可在微型化的意义上实现为具有集成光学元件的光纤系统,诸如分束器、光束耦合器、作为色散元件的啁啾光纤布拉格光栅、环形器、法拉第镜、光隔离器、光纤回反射器、偏振器、多模透镜光纤等。此类装置还已知为集成光学器件或光子集成电路。此外,此类光纤系统相当耐受光机电设置的机械扰动,该机械扰动在恶劣工业环境方面为高度相关的。
[0049]
有利的是利用标准部件。此外,色散的进一步实现也为可能的,其形式为具有虚拟成像相控阵(virtually imaged phased array,简称为vipa)、衍射光栅、多模光纤中的模色散、棱镜,和其组合。
[0050]
本发明的其它特征根据下述具体实施方式和其附图对于本领域的技术人员将变得明显。
附图说明
[0051]
本发明的实施例通过示例的方式并且参考附图来描述和示出,其中:
[0052]
图1为用于在激光处理和/或烧蚀期间,实现原位过程监测的方法的元件的简化示意图;和
[0053]
图2示出了一系列光学时间拉伸干涉图以及表示所测量频率的相关系列光谱图。
具体实施方式
[0054]
图1提供了本发明的整体操作,并且示出了用于在激光处理和/或烧蚀期间实现原位过程监测的方法的关键元件。还示出了这种方法的技术实施方式。
[0055]
原理上,整体应用包括三个部分:材料处理单元1、测量单元2和控制单元3。
[0056]
材料处理单元1提供了操作光束,该操作光束处理目标物体10。超短脉冲激光束5由超短脉冲激光器4来发射。
[0057]
超短脉冲激光器4可以脉冲间隔发射脉冲,该脉冲间隔长于干涉光束15的拉伸测量信号的持续时间。在这种情况下,脉冲间隔处于约1ns至20ns的范围内。
[0058]
在另一个实施例中,超短脉冲激光器4发射等距激光脉冲。
[0059]
在一个有利应用中,脉冲持续时间处于数纳秒至飞秒的范围内,并且脉冲频率处于0.5mhz至100mhz的范围内。
[0060]
此外,装置包括光隔离器(未示出),该光隔离器布置于超短脉冲激光器4和分束器
6之间,以保护超短脉冲激光器4避开能够破坏超短脉冲激光器4的反射激光。
[0061]
装置的另一有利实施例包括电子快门21,该电子快门21布置于超短脉冲激光器4和分束器6之间,以根据控制而阻挡或允许超短脉冲激光束5穿过。
[0062]
额外实施例可包括偏振器(未示出),该偏振器处于超短脉冲激光器4和分束器6之间以使超短脉冲激光束5偏振。通常,所有此类激光器已发射偏振光。
[0063]
分束器配置成将超短脉冲激光束5分裂成两个激光束:主脉冲激光束7和基准脉冲激光束8。分裂轴线相对于入射超短脉冲激光束5倾斜45
°
,其效应为:一个光束垂直地偏置,在这种情况下为烧蚀主脉冲激光束7。烧蚀过程以主脉冲激光束7在目标物体10的表面上的射入而出现。
[0064]
本发明的一个有利实施例包括具有50:50分裂比的分束器6,优选地利用90:10分裂比。分裂比越高,处理和/或烧蚀过程的效率越高,因为通过主脉冲激光束7更多能量被允许至目标物体10。
[0065]
下一部分为测量单元2,测量单元2在定义上还包括超短脉冲激光束5的分裂,并且与材料处理单元1重叠。两个部分光束分别由目标物体10和基准镜9至少部分地反射,从而得到反射主脉冲激光束12和反射基准脉冲激光束11。反射主脉冲激光束12和反射基准脉冲激光束11在分束器6处叠加成一个组合脉冲激光束13,其中光束方向与反射主脉冲激光束12相同。
[0066]
组合脉冲激光束13包括具有时间差值的脉冲,该时间差值取决于目标物体10—分束器6和基准镜9—分束器6之间的距离差值。在这种环境中,距离差值越大,时间差值越大。
[0067]
在下文中,组合脉冲激光束13进入色散元件14,诸如具有高群速度色散的光纤。在穿过色散元件14期间,组合脉冲激光束13的相应光学频率彼此干涉。更精确地,反射主脉冲激光束12和反射基准脉冲激光束11的反射脉冲叠加,从而得到干涉光束15。干涉光束15的时间调制频率与反射主脉冲激光束12和反射基准脉冲激光束11之间的脉冲时间差值成反比。在这种环境中,干涉光束15的频率越高,目标物体10和基准镜9分别相对于分束器6的距离之间的差值和时间差值越大。因为不存在距离差值并且因此不存在时间差值的事实,等同距离的特定情况产生了零频率。换句话讲,未获得时间差值并且因此未获得频率信号。
[0068]
干涉光束15的调制频率由光电检测器16测量。光电检测器16的光电转换形成了电信号17,其中射频调制等同于干涉光束15的强度调制。
[0069]
随后,电信号17通过频率过滤器18,该频率过滤器18在其传输频率方面为可修改的。干涉光束15的频率和光电检测器16的电信号17分别与τ相关联,
[0070][0071]
其中τ表示组合脉冲激光束13的两个超短脉冲之间的时间差值。l和β分别为所用色散元件14的长度和色散参数。利用这些已知参数和由处理目标物体10的主脉冲激光束7所实现的处理深度,可计算目标频率。
[0072]
这需要了解光速度以计算理论时间差值τ,其中组合脉冲激光束13中的两个脉冲必须通过主脉冲激光束7来实现特定处理深度。
[0073]
如果实现了电信号17的目标频率,那么其将通过频率过滤器18并且由整流器19整流,该整流器19配置成生成输出信号20。输出信号20能够控制处理参数,例如,诸如超短脉
冲激光器4的强度或目标物体10的位置。
[0074]
在实施例的额外布置中,替代固定目标物体10,至少包括材料处理单元1和测量单元2的处理装置为移动的。
[0075]
在另一个有利实施例中,当目标物体10—分束器6和基准镜9—分束器6之间的距离相同或达到预定距离和对应频率时,超短脉冲激光器4关闭。
[0076]
图2示出了干涉光束的随着时间的连续干涉图以及所测量频率的相关光谱图。每个干涉图沿着竖直轴线绘制,并且沿着水平轴线绘制系列。干涉图表示根据本发明的方法和装置的实验设置的测量结果,其中音圈致动器(voice

coil actuator)上的振动镜为目标物体10。数据通过快速实时示波器直接从光电检测器16记录。
[0077]
上部图示出了所测量组合脉冲激光束13在离开色散元件14之后的干涉图案,同时作为镜10的目标物体在振动。
[0078]
下部图示出了通过数字傅里叶变换所计算的上部干涉图案的频谱。每个频率表示目标物体10—分束器6和基准镜9—分束器6之间的一个特定距离差值。振动引起距离变化,该距离变化表示目标物体10上的可能理论烧蚀。
[0079]
旁瓣的过程(course)编码了作为目标物体10的镜的当前位置。特定位置可通过频率过滤器来选择。
[0080]
附图标号的列表
[0081]1ꢀꢀꢀꢀꢀ
材料处理单元
[0082]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
测量单元
[0083]3ꢀꢀꢀꢀꢀ
控制单元
[0084]4ꢀꢀꢀꢀꢀ
超短脉冲激光器
[0085]5ꢀꢀꢀꢀꢀ
超短脉冲激光束
[0086]6ꢀꢀꢀꢀꢀ
分束器
[0087]7ꢀꢀꢀꢀꢀ
主脉冲激光束
[0088]8ꢀꢀꢀꢀꢀ
基准脉冲激光束
[0089]9ꢀꢀꢀꢀꢀ
基准镜
[0090]
10
ꢀꢀꢀꢀ
目标物体
[0091]
11
ꢀꢀꢀꢀ
反射基准脉冲激光束
[0092]
12
ꢀꢀꢀꢀ
反射主脉冲激光束
[0093]
13
ꢀꢀꢀꢀ
组合脉冲激光束
[0094]
14
ꢀꢀꢀꢀ
色散元件
[0095]
15
ꢀꢀꢀꢀ
干涉光束
[0096]
16
ꢀꢀꢀꢀ
光电检测器
[0097]
17
ꢀꢀꢀꢀ
电信号
[0098]
18
ꢀꢀꢀꢀ
频率过滤器
[0099]
19
ꢀꢀꢀꢀ
整流器
[0100]
20
ꢀꢀꢀꢀ
输出信号
[0101]
21
ꢀꢀꢀꢀ
电子快门

技术特征:
1.一种用于在激光处理期间的原位过程监测的方法,至少包括以下步骤:a.由超短脉冲激光器(4)发射至少一个超短脉冲激光束(5);b.由分束器(6)将所述至少一个超短脉冲激光束(5)分裂成至少一个主脉冲激光束(7)和至少一个基准脉冲激光束(8);c.由目标物体(10)反射或透射所述至少一个主脉冲激光束(7),并由基准镜(9)反射所述至少一个基准脉冲激光束(8);d.通过叠加至少一个反射或透射主脉冲激光束和至少一个反射基准脉冲激光束(11),提供至少一个组合脉冲激光束(13);e.将所述至少一个组合脉冲激光束(13)耦合至色散元件(14)中;f.由于所述色散元件(14)在时间上拉伸频率内容,所述至少一个组合脉冲激光束(13)与自身干涉;g.将至少一个干涉光束(15)转换为电信号(17),由此所述至少一个干涉光束(15)为所述色散元件(14)产生和发射,其中在所述色散元件(14)中进行时间拉伸之后,频谱和相应时间波形的幅值/强度调制反比例于所述至少一个反射或透射主脉冲激光束和所述至少一个反射基准脉冲激光束(11)之间的时间延迟;h.过滤所述电信号(17)的特定频率和/或特定频率范围;和i.将过滤的电信号(17)整流成输出信号(20)以控制功能和/或作为测量对象。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述分束器(6)的分裂器轴线相对于入射的至少一个超短脉冲激光束(5)倾斜45
°
。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述至少一个主脉冲激光束(7)和所述至少一个基准脉冲激光束(8)为彼此基本垂直的。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述至少一个基准脉冲激光束(8)由所述基准镜(9)在基本垂直方向上进行反射。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述至少一个超短脉冲激光束(5)包括交替地使用的至少一个处理脉冲和至少一个检测脉冲。6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述至少一个处理脉冲用于处理应用,并且所述至少一个检测脉冲用于测量。7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述至少一个处理脉冲和所述至少一个检测脉冲进行差别地偏振。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述至少一个反射基准脉冲激光束(11)和所述至少一个反射或透射主脉冲激光束通过穿过分束器(6)进行叠加。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其特征在于,所述超短脉冲激光器(4)以长于拉伸测量信号持续时间的脉冲间隔提供脉冲,所述拉伸测量信号为基准光束(15)的脉冲和/或等距脉冲的形式。10.根据权利要求1和9所述的方法,其特征在于,所述超短脉冲激光器(4)以数纳秒至飞秒的范围内的脉冲持续时间提供脉冲。11.根据权利要求5、6或7所述的方法,其特征在于,所述至少一个处理脉冲在离开所述超短脉冲激光器(4)之后进行偏振,并且在进入所述色散元件(14)之前通过过滤元件进行滤除。
12.一种用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的装置,至少包括材料处理单元(1)、测量单元(2)和控制单元(3)。13.一种用于处理和原位过程监测的装置,包括:a.超短脉冲激光器(4),配置成发射至少一个超短脉冲激光束(5);b.分束器(6),配置成将所述至少一个超短脉冲激光束(5)分裂成至少一个主脉冲激光束(7)和至少一个基准脉冲激光束(8);c.目标物体(10),由所述至少一个主脉冲激光束(7)进行处理并且将主脉冲激光束(7)部分地反射或透射至所述分束器(6);和d.基准镜(9),配置成将所述至少一个基准脉冲激光束(8)反射至所述分束器(6),并且将至少一个反射或透射主脉冲激光束和至少一个反射基准脉冲激光束(11)叠加成至少一个组合脉冲激光束(13);e.色散元件(14),配置成由所述至少一个组合脉冲激光束(13)穿过,并且配置成以与所述至少一个反射或透射主脉冲激光束和所述至少一个反射基准脉冲激光束(11)之间的时间延迟成反比的幅值/强度调制提供至少一个基准光束(15);f.检测元件,配置成将所述至少一个基准光束(15)转换成电信号(17);g.频率过滤器(18),配置成过滤所述电信号(17)的特定频率和/或特定频率范围;h.整流器(19),配置成将所述过滤电信号(17)整流成输出信号(20)以控制功能和/或用作测量对象。14.根据权利要求13所述的装置,其特征在于,所述超短脉冲激光器(4)为飞秒激光器、皮秒激光器或纳秒激光器,和/或其特征在于,所述超短脉冲激光器(4)包括控制所述发射超短激光束强度的电子快门(21)和/或光圈,和/或所述超短脉冲激光器(4)之后为偏振器和/或光隔离器。15.根据权利要求13或14所述的装置,其特征在于,所述基准镜(9)配置成反射基本上垂直于所述分束器(6)的所述至少一个基准脉冲激光束(8);和/或其特征在于,所述色散元件(14)为光谱色散元件;和/或其特征在于,所述检测元件为光电检测器(16);和/或其特征在于,所述装置还包括放大器,所述放大器配置成放大所述干涉光束(15)和/或过滤的所述电信号(17)。
技术总结
本发明涉及一种用于在激光器处理期间原位过程监测和控制单个脉冲测量的方法和装置,例如烧蚀、激光打印增加制造和折射率的修改。本申请涉及激光材料处理,并且涉及利用激光束或激光脉冲的干扰效应的综合过程监测。或激光脉冲的干扰效应的综合过程监测。或激光脉冲的干扰效应的综合过程监测。


技术研发人员:G
受保护的技术使用者:拜罗伊特大学
技术研发日:2019.11.05
技术公布日:2021/6/29

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