[发明专利]一种基于多焦点可控的动态激光并行加工的方法

说明书

本发明公开了一种基于多焦点可控的动态激光并行加工的方法，使用复振幅编码的方法生成多幅多焦点相位图，使用空间光调制器动态加载计算出的多幅相位图，实现多焦点可控的动态移动；利用飞秒激光微纳加工系统结合空间光调制器进行多焦点可控的动态激光并行加工。本发明这种多焦点动态并行微纳加工方法只需SLM动态加载相位图进行加工，无需使用位移台和振镜等精密仪器，可以省去大量繁琐步骤，并且可以同时加工不同结构，大大提高了加工的灵活性和加工效率；提高多焦点微纳加工的精确度。

技术领域

本发明属于多焦点可控的动态激光并行加工技术领域，特别是涉及一种基于多焦点可控的动态激光并行加工的方法。

背景技术

飞秒激光具有能量密度高、高相干性、方向性好等优点。因此飞秒激光在微纳加工、医学、科研等领域具有广泛应用。随着飞秒激光技术的发展，飞秒激光直写技术越来越成为微纳加工领域的热门研究技术之一。与传统的掩模光刻和电子束刻蚀等微纳加工技术相比，飞秒激光直写技术具有无掩模、无需接触、灵活快速和高精度的三维加工能力的优势。

然而，飞秒激光直写技术在实际应用中往往采用单光束加工的方法，该方法的低吞吐量和低效率限制了其实际批量应用。为了提高加工效率，通常采用光学元件产生光斑阵列进行并行加工，比如采用微透镜阵列将激光分束进行加工或者采用光栅等衍射元件将一束光分成多束光进行多焦点并行加工。微透镜阵列可以使入射光聚焦成多个光斑，光栅可以将入射光衍射出多个级次的光斑，但微透镜阵列和光栅产生的阵列光斑的强度都不均匀。

利用空间光调制器调控入射光场进行微纳加工。其中空间光调制器加载计算全息相位图可以调制入射光场，可以将飞秒激光聚焦到多个焦点，实现任意多焦点阵列和图案的加工，从而大大提高加工速度、效率及灵活性。相应的全息相位图可以利用二维傅里叶变换迭代算法得到，如Gerchberg-Saxton(GS)算法、WeightedGerchberg-Saxton(WGS)算法等。这些迭代算法需要多次迭代长时间计算，计算过程中甚至得不到唯一解，而且在实际的高数值孔径聚焦下均匀度不高，无法实现对焦场的精准调控。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种基于多焦点可控的动态激光并行加工的方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于多焦点可控的动态激光并行加工的方法，使用复振幅编码的方法生成多幅多焦点相位图，使用空间光调制器动态加载计算出的多幅相位图，实现多焦点可控的动态移动；利用飞秒激光微纳加工系统结合空间光调制器进行多焦点可控的动态激光并行加工；

具体步骤如下：

步骤1：确定焦点个数N，设计每个焦点的位置Δx₁,Δy₁；…；Δx_N，Δy_N；

步骤2：分别计算每个焦点的纯相位分布ψ₁，…,ψ_N；

步骤3：计算出所设计入射场的复振幅分布，将复振幅重新表示为两个相位分布phase1和phase2，然后用两个互补的棋盘格函数进行编码，得到相位图；

步骤4：基于步骤1、2、3，可以分别设计每个焦点的运动轨迹，将每个运动轨迹均分成若干个点，这样可以生成多组全息相位图；

步骤5：用空间光调制器动态加载从而实现多焦点动态移动；

步骤6：将步骤5应用于飞秒激光微纳加工系统中，实现多焦点可控的激光并行加工。

进一步：所述的步骤2中每个焦点的纯相位分布的计算公式为：