(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210937079.5 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 西北大学 地址 710127 陕西省西安市长安区郭杜教 育科技产业区学府大街1号 (72)发明人 赵伟　段林含　张琛　朱月强　 (74)专利代理 机构 西安汇恩知识产权代理事务 所(普通合伙) 6124 4 专利代理师 张伟花 (51)Int.Cl. B23K 26/06(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种基于矢量化路径和光场调控的多焦点 激光加工方法及加工系统 (57)摘要 本发明提供了一种基于矢量化路径和光场 调控的多焦点激光加工方法， 首先解读并模拟 SVG矢量图形编码信息， 重点解读编码信息里的 标签信息， 从每个标签所代表的坐标信息或函数 信息里逐段模拟出矢量路径， 最后将多焦点和矢 量路径相结合， 通过在空间光调制器上不断切换 相位图产生多焦点并行的矢量路径。 本发明设计 的控制方法在半导体工业、 微流控器件、 光学操 纵、 激光切割等方面具有巨大的应用前 景。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115121941 A 2022.09.30 CN 115121941 A 1.一种基于矢量化路径和光场调控的多焦点激光加工方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： S1、 通过计算机(13)解读所需加工图样的SVG矢量编码信息， 提取所需加工图样的矢量 路径， 将矢量路径与SVG矢量编码信息对比直至形状 轮廓完全一 致； S2、 根据加工任务要求， 确定光学系统参数， 根据光学系统参数计算多焦点光斑数量K、 光斑尺寸和光场调制范围， 设定光斑最小间隔Δd； S3、 基于光斑最小间隔Δd和待加工矢量路径图样的真实尺寸对图样进行离散化， 得到 所有的激光焦点坐标信息， 并通过SVG矢量编码信息中的路径信息关联每一个激光焦点移 动的路径信息； S4、 基于K个焦点光斑的调制范围将矢量路径图样分为n个加工分区， 在每个加工分区 内对K个焦点分配激光焦点 坐标位置和路径信息， 每 个加工分区中均有K 条路径； S5、 在每个加工分区中， 均生成全息相位图序列及其加载顺序； S6、 通过在纯相位空间光调制器(7)上切换每一个加工分区的相位图序列对激光进行 调制， 从而生成K个焦点对每一个加工分区进行多焦点并行加工 。 2.根据权利要求1所述的一种基于矢量化路径和光场调控的多焦点激光加工方法， 其 特征在于， 在所述S1中解读所需加工图样的SVG矢量编码信息中的每一个标签含义， 一类标 签信息为 坐标信息， 另一类标签信息为曲线的函数信息 。 3.根据权利要求1所述的一种基于矢量化路径和光场调控的多焦点激光加工方法， 其 特征在于， 所述S3中对图样进行离 散化处理具体包括以下操作步骤： S301、 光斑最小间隔Δd的取值范围为d/4 ‑d/2， d表示所用激光光斑或者加工出的圆形 区域的直径； S302、 基于Δd， 通过数值插值方法， 将每一条曲线离散化为坐标点， 并按顺序为所有坐 标点进行排序， 生 成顺序排列的横坐标X(l)、 纵坐标Y(l)数 组， 及其相应 关系数组P(l)， l代 表第l个坐标点， P(l)代 表加工完第l个坐标点后下一次加工的坐标点。 4.根据权利要求3所述的一种基于矢量化路径和光场调控的多焦点激光加工方法， 其 特征在于， 所述S4中分配加工区和 加工路径的具体方法为： S401、 基于待加工的坐标点总数和坐标点的分布特点， 确定n个加工分区； S402、 根据第i个加工分区的位置和面积， 将S3中生成的位于第i个加工分区的坐标点 及其路径重新命名， 将X(l)、 Y(l)和P(l)重新命名为Xi(l)、 Yi(l)和Pi(l)， Xi(l)＝X(l) ‑Xc (i)、 Yi(l)＝Y(l) ‑Yc(i),XC(i)和YC(i)代表坐标点在第i个加 工分区内相对于加工分区中 心的坐标； S403、 针对第l坐标点与 Pi(l)坐标点在第i个加工区的不同分布情况， 令第l坐标点为第 i个加工区的截止点， 令Pi(l)坐标点 为另一个分区的初始点。 5.根据权利要求1所述的一种基于矢量化路径和光场调控的多焦点激光加工方法， 其 特征在于， 所述S5中生成全息相位图序列及其加载顺序的具体操作步骤为： S501、 以物镜(9)的后孔径平面直径D将后孔径平面分成a个条状区域， 对每一个条状区 域进一步分成b个更小的条状区域； S502、 将K个焦点的坐标分别代入相位表达式权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115121941 A 2其中， λ为激光波长， NA为所用物 镜的数值孔径， nt为物镜的折射率， R是物镜的后孔径平 面最大半径， x0和y0是物镜后孔径平面的正交坐标,其中Xi(l)和Yi(l)是在焦平面的x和y方 向上相对于物镜原焦点的相对位移分量； 填充进行了两次条状分割的全息相位图， 即能得到能够同时生成K个焦点的全息相位 图。 6.一种用于实现如权利要求1 ‑5所述的基于矢量化路径和光场调控的多焦点激光加工 方法的加工系统， 其特征在于， 包括激光器(1)、 光束整形调制模块、 二向色镜(8)、 物镜(9)、 三维移动平台、 样品台(11)、 相机(12)和计算机(13)， 在激光器(1)的激光发射口前方沿激 光传播方向依次设置光束整形调制模块、 二向色镜(8)和物镜(9)， 从物镜(9)传出的激光正 对样品台(11)， 所述样 品台(11)设置在三维移动平台上， 所述三维移动平 台通过移动平 台 控制器(10)连接计算机(13)， 所述相机(11)设置在能准确捕捉样品台(11)实时加工状况的 位置， 所述相机(12)与计算机(13)连接； 所述光束整形调制模块对来自激光器(1)的入射 光束进行调制整形并调节输出功率； 所述二向色镜(8)将来自光束 整形调制模块的激光偏转反射至物镜(9)； 所述物镜(9)将激光聚焦到放置在样品台(1 1)的材料上； 所述三维移动平台用于调整样品台(1 1)的位置对逐个加工区域进行加工； 所述移动平台控制器(10)用于控制三维移动平台在三维方向上位移； 所述计算机(13)用于控制整个加工系统， 获取来自相机(12)监测的加工实时过程。 7.根据权利要求6所述的一种基于矢量化路径和光场调控的多焦点激光加工系统， 其 特征在于， 所述光束整 形调制模块沿激光传播方向依次包括激光能量控制模块(2)、 激光扩 束模块(3)、 激光空间滤波模块(4)、 光开关(5)、 偏振调制模块(6)和纯相位空间光调制器 (7)； 所述激光能量控制模块(2)、 激光扩束模块(3)、 激光空间滤波模块(4)和 偏振调制模块 (6)用于对激光进行功率调节、 扩束、 滤波和改变偏振态； 所述纯相位空间光调制器(7)对光束 进行调制。 8.根据权利要求6所述的一种基于矢量化路径和光场调控的多焦点激光加工系统， 其 特征在于， 当光束入射至纯相位空间光调制器(7)时， 加载全息相位图， 在物镜焦点处产生K 个多焦点光斑， 通过连续加载， 完成对 该加工区域中所有加工位置的多焦点并行加工， 通过 控制加载全息相位图的时间， 控制激光的 曝光时间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115121941 A 3