一种激光球差校正方法及装置与流程

专利2025-12-05  1


本发明涉及光学,特别涉及一种激光球差校正方法及激光球差校正装置。


背景技术:

1、在精密激光加工应用中,激光器的内部效应、光束经过光学元件以及介质材料、环境等因素,都会不可避免的在光束中引入像差,导致聚焦光斑劣化,影响最终加工的效果,因此需要对光束的像差,特别是轴上点球差进行控制和校正。目前常用的激光球差校正方法有液晶空间光调制器(slm)、变形镜、补偿镜、波前校正片等方法。

2、slm和变形镜可以通过加载补偿相位实现球差的校正,存在0级衍射和能量利用率的问题,且使用复杂的控制装置,成本高昂,不利于大批量工业应用。而定制化的补偿镜、波前校正片等方法只能工作在特定的系统中,一旦装置发生变化,需要重新设计,兼容性较差。


技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种激光球差校正方法及激光球差校正装置,旨在解决现有技术中对球差校正设备成本高昂且兼容性较差的技术问题。

2、为实现上述目的,本发明提出一种激光球差校正方法,所述激光球差校正方法应用于光学组件,所述光学组件包括相对平行设置的第一衍射元件以及第二衍射元件;所述激光球差校正方法包括:

3、获取所述第一衍射元件的第一转动角度以及所述第二衍射元件的第二转动角度;

4、根据所述第一转动角度以及所述第二转动角度计算转动角度差值;

5、根据所述转动角度差值计算所述光学组件的总透过率;

6、根据所述总透过率计算球差补偿系数,以对激光的球差进行校正。

7、在一实施方式中,根据所述转动角度差值计算所述光学组件的总透过率的步骤包括:

8、获取所述第一衍射元件的第一透过率;

9、获取所述第二衍射元件的第二透过率;

10、根据所述第一透过率与所述第二透过率获取常数系数;

11、根据所述常数系数以及所述转动角度差值计算所述总透过率。

12、在一实施方式中,所述第一衍射元件与所述第二衍射元件的中心点均与激光的光轴重叠,其中,所述第一衍射元件以所述光轴为转动轴相对所述第二衍射元件转动一周时,所述第一衍射元件和所述第二衍射元件在所述光轴方向上的投影面存在重叠区域;

13、根据所述常数系数以及所述转动角度差值计算所述总透过率的步骤包括:

14、以所述重叠区域中心点为原点建立极坐标系,并获取所述光学组件的光瞳的径向坐标值;

15、根据所述常数系数、所述转动角度差值、所述径向坐标值计算所述总透过率;

16、所述常数系数、所述转动角度差值、所述径向坐标值、所述总透过率满足以下关系:

17、;

18、其中,t(r)为所述总透过率,θ为所述转动角度差值,β为所述常数系数,r为所述径向坐标值,i为虚数单位。

19、在一实施方式中,根据所述总透过率计算球差补偿系数的步骤包括:

20、获取所述重叠区域的半径;

21、根据所述重叠区域的半径以及所述总透过率计算所述球差补偿系数;

22、所述总透过率、所述半径以及所述球差补偿系数满足以下关系:

23、;

24、其中,w040为球差补偿系数,r为所述重叠区域的半径,λ为激光的波长。

25、在一实施方式中,根据所述第一转动角度以及所述第二转动角度计算转动角度差值的步骤之后,还包括:

26、根据所述转动角度差值计算所述光学组件的衍射效率;

27、根据所述衍射效率获取所述转动角度差值的调节区间;

28、根据所述调节区间计算所述球差补偿系数的补偿区间。

29、在一实施方式中,根据所述转动角度差值计算所述光学组件的衍射效率的步骤包括:

30、所述转动角度差值与所述衍射效率满足以下关系:

31、;

32、其中,η为所述衍射效率,θ为所述转动角度差值。

33、在一实施方式中,根据所述衍射效率获取所述转动角度差值的调节区间的步骤包括:

34、判断所述衍射效率是否大于预设效率;

35、若所述衍射效率大于所述预设效率,则获取所述转动角度差值;

36、将获取的所述转动角度差值与调节区间关联;所述调节区间包括全部大于所述预设效率时对应的转动角度差值。

37、在一实施方式中,根据所述总透过率计算球差补偿系数的步骤之后,还包括:

38、根据所述球差补偿系数对激光的球差进行调节并获取调节结果;

39、判断所述调节结果是否合格;

40、若所述调节结果不合格,则返回执行所述获取所述第一衍射元件的第一转动角度以及所述第二衍射元件的第二转动角度的步骤,直至所述调节结果合格。

41、在一实施方式中,判断所述调节结果是否合格的步骤包括:

42、判断经过所述光学组件调节后的光斑图像与预设图像是否一致;

43、若一致,则所述调节结果为合格;

44、若不一致,则所述调节结果为不合格。

45、此外,为解决上述问题,本发明还提出了一种激光球差校正装置,所述球差校正装置应用于如上述的激光球差校正方法,所述球差校正装置包括调节组件;

46、所述调节组件包括相对设置的第一衍射元件以及第二衍射元件,其中,激光的光轴与所述第一衍射元件以及所述第二衍射元件垂直,且所述第一衍射元件与所述第二衍射元件的中心点位于所述光轴上,所述第一衍射元件与所述第二衍射元件以所述光轴为转动轴转动设置;

47、其中,所述第一衍射元件和/或所述第二衍射元件转动时用于连续调节激光的球差。

48、本发明技术方案仅需两片光学衍射元件即可实现激光球差的调节,激光球差校正方法结构简单,易于集成。通过合理的参数选择,在转动所述第一衍射元件和/或所述第二衍射元件的过程中,则能够对球差进行连续调节,并且通过转动至不同的角度,还能够实现大范围的连续球差校正或高精度球差校正。降低设备成本,提高设备的兼容性。



技术特征:

1.一种激光球差校正方法,其特征在于,所述激光球差校正方法应用于光学组件,所述光学组件包括相对平行设置的第一衍射元件以及第二衍射元件;所述激光球差校正方法包括:

2.如权利要求1所述的激光球差校正方法,其特征在于,根据所述转动角度差值计算所述光学组件的总透过率的步骤包括:

3.如权利要求2所述的激光球差校正方法,其特征在于,所述第一衍射元件与所述第二衍射元件的中心点均与激光的光轴重叠,其中,所述第一衍射元件以所述光轴为转动轴相对所述第二衍射元件转动一周时,所述第一衍射元件和所述第二衍射元件在所述光轴方向上的投影面存在重叠区域;

4.如权利要求3所述的激光球差校正方法,其特征在于,根据所述总透过率计算球差补偿系数的步骤包括:

5.如权利要求1所述的激光球差校正方法,其特征在于,根据所述第一转动角度以及所述第二转动角度计算转动角度差值的步骤之后,还包括:

6.如权利要求5所述的激光球差校正方法,其特征在于,根据所述转动角度差值计算所述光学组件的衍射效率的步骤包括:

7.如权利要求5所述的激光球差校正方法,其特征在于,根据所述衍射效率获取所述转动角度差值的调节区间的步骤包括:

8.如权利要求1所述的激光球差校正方法,其特征在于,根据所述总透过率计算球差补偿系数的步骤之后,还包括:

9.如权利要求8所述的激光球差校正方法,其特征在于,判断所述调节结果是否合格的步骤包括:

10.一种激光球差校正装置,其特征在于,所述球差校正装置应用于如权利要求1至9中任一项所述的激光球差校正方法,所述球差校正装置包括调节组件;


技术总结
本发明公开了一种激光球差校正方法及装置,涉及光学技术领域。激光球差校正方法应用于光学组件,所述光学组件包括相对平行设置的第一衍射元件以及第二衍射元件;所述激光球差校正方法包括:获取所述第一衍射元件的第一转动角度以及所述第二衍射元件的第二转动角度;根据所述第一转动角度以及所述第二转动角度计算转动角度差值;根据所述转动角度差值计算所述光学组件的总透过率;根据所述总透过率计算球差补偿系数,以对激光的球差进行校正。本发明技术方案仅需两片衍射光学元件即可实现球差的调节,激光球差校正方法结构简单,易于集成。能够实现大范围的连续球差校正或高精度球差校正。降低设备成本,提高设备的兼容性。

技术研发人员:戴深宇,郑昕,钟志成,邓鸿信,杨号南,董雷岗,曹艳波,田兴志
受保护的技术使用者:季华实验室
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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