专利汇可以提供分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测方法与装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种分光瞳共焦Raman-LIBS 光谱 探测的飞秒激光加工监测方法与装置,属于激光精密检测技术、飞秒激光加工监测技术领域,可用于飞秒激光加工与在线监测和物性综合参数在线检测。本发明将分光瞳激光共焦轴向监测模 块 与飞秒激光加工系统有机融合,利用分光瞳共焦系统对样品轴向 位置 进行高 精度 原位在线监测和样品轴向加工尺寸测量;利用拉曼光谱探测模块、LIBS光谱探测模块对飞秒激光加工后样品材料的分子结构、元素及离子等信息进行监测分析,并通过计算机对上述信息进行融合,实现微细结构飞秒激光高精度加工与微区形态性能原位监测分析一体化,提高微细结构飞秒激光加工精度的可控性和样品的加工 质量 等。,下面是分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测方法与装置专利的具体信息内容。
1.分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测方法,其特征在于:利用飞秒激光加工系统对样品进行微细结构加工,利用分光瞳激光共焦轴向监测模块对样品表面形貌轮廓、加工中样品表面轴向位置进行实时监控,并对加工后样品表面的几何参数进行检测,利用拉曼光谱探测模块对飞秒激光加工后样品材料的分子结构变化进行检测分析,利用LIBS光谱探测模块对材料的原子、小分子和元素信息进行检测分析,对上述信息进行融合获得样品微区形态和物性综合参数,进而实现微细结构飞秒激光高精度加工与微区形态性能原位监测分析一体化,提高微细结构飞秒激光加工精度的可控性和样品的加工质量;
包括以下步骤:
步骤一、将样品(9)置于精密工作台(10)上,由精密工作台(10)带动样品(9)进行扫描运动,利用分光瞳共焦轴向监测模块(1)对样品(9)的表面轮廓进行扫描测量,并将其测量结果反馈给计算机(33),用于飞秒激光加工系统对加工控制参数的调整;
其中,分光瞳共焦轴向监测模块(1)由激光器(2)、扩束器(3)、反射镜(12)、探测物镜(13)、分光瞳探测模块(14)组成,轴向监测平行光束(4)经二向色镜A(5)反射、二向色镜B(6)透射后,进入物镜(7)并被聚焦到样品(9)上,经样品(9)反射的反射轴向监测光束(11)经二向色镜B(6)透射、二向色镜A(5)反射、反射镜(12)反射后,通过探测物镜(13)被分光瞳探测模块(14)接收,经光强信号处理器(22)后得到分光瞳共焦曲线(23);
依据分光瞳共焦曲线(23)的峰值点位置对样品(9)的轴向离焦位置进行高精度监测;
步骤二、利用飞秒激光器(15)、激光时空整形模块(16)、二维扫描器(18)构成的飞秒激光加工系统对样品(9)进行微纳结构加工,加工过程中利用分光瞳共焦轴向监测模块(1)对加工过程中样品(9)表面的轴向位置进行监测;依据分光瞳共焦曲线(23)的峰值点位置对样品(9)的轴向位置进行高精度监测;
步骤三、计算机(33)依据测量结果调整样品(9)的轴向位置,实时调整精密工作台(10)的位置,实现加工过程中样品的精确定焦;
步骤四、加工完成后,利用分光瞳共焦轴向监测模块(1)对加工完成后的样品结构进行扫描测量,实现加工后样品(9)形态参数的纳米级高精度原位检测;
步骤五、轴向监测平行光束(4)经物镜(7)聚焦到样品(9)上,激发出拉曼散射光谱,该光谱经二向色镜B(6)反射后透过二向色镜C(34)由拉曼光谱探测模块(26)探测,拉曼光谱探测模块(26)对加工后样品的分子结构参数进行原位检测分析,其中,拉曼光谱探测模块(26)由拉曼耦合镜(24)和拉曼光谱探测器(25)组成;
步骤六、飞秒激光器(15)发出的脉冲光束经物镜(7)聚焦到样品(9)上,激发出等离子体羽(30),等离子体羽(30)湮灭发出LIBS光谱,LIBS光谱经二向色镜B(6)反射后再次被二向色镜C(34)反射,由LIBS光谱探测模块(29)探测,对加工后样品的原子、小分子和元素信息进行原位检测分析;
步骤七、由分光瞳探测模块(14)、光强信号处理器(22)、拉曼光谱探测器(25)、LIBS光谱探测器(28)探测得到信号传输至计算机(33)进行信息融合,得到加工后的样品的微区形态和性能综合参数,并根据样品的微区形态和性能综合参数分析加工过程中的样品物性变化规律和加工后的效果,对通过激光时空整形模块(16)对加工激光光束(17)进行调制,提高了微纳结构飞秒激光加工精度的可控性和样品的加工质量。
2.根据权利要求1所述的分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测方法与装置,其特征在于:还包括可利用显微成像模块(43)对样品(9)进行粗对准;白光光源(41)发出的光经照明系统(40)、照明分光镜(42)透射、二向色镜B(6)反射、物镜(7)聚焦后均匀照射到样品(9)上,经样品(9)返回的光经照明分光镜(42)反射后经分光镜(43)透射、成像透镜(44)成像到CCD(45)上,用于判断样品(9)的倾斜和位置。
3.根据权利要求1所述的分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测方法与装置,其特征在于:所述分光瞳探测模块(14)由光斑放大物镜(19)、针孔(20)和光强探测器(21)组成。
4.根据权利要求1所述的分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测方法与装置,其特征在于:所述分光瞳探测模块(14)由光斑放大物镜(19)、探测CCD(33)和探测区域(35)组成,探测图像经图像信号处理器(36)得到分光瞳共焦曲线(23);所述探测区域(35)位于探测CCD(33)的像面上。
5.根据权利要求1所述的分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测方法与装置,其特征在于:飞秒激光加工系统发出的加工激光光束(17)与轴向监测平行光束(4)经物镜(7)同轴耦合到样品(9)表面,分别实现微纳结构的加工与检测。
6.分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测装置,其特征在于:飞秒激光器(15)、位于飞秒激光器(15)出射方向的激光时空整形模块(16)和二维扫描器(18),位于飞秒激光器(15)出射光束垂直方向的二向色镜A(5)、二向色镜B(6)、物镜(7)和精密工作台(10),位于二向色镜A(5)反射方向的分光瞳共焦轴向监测模块(1)和位于二向色镜B(6)反射方向的二向色镜C(32)、拉曼光谱探测模块(26),位于二向色镜C(32)反射方向的LIBS光谱探测模块(29),物镜(7)由轴向扫描器(8)驱动;分光瞳共焦轴向监测模块(1)包括激光器(2)、位于激光器(2)出射方向的扩束器(3)、反射镜(12)和位于反射镜(12)反射方向的探测物镜(13)和分光瞳探测模块(14),其中轴向监测平行光束(4)和加工激光光束(17)经二向色镜A(5)、物镜(7)同轴入射到样品(9)表面。
7.根据权利要求6所述的分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测装置,其特征在于:分光瞳探测模块(14)可由光斑放大物镜(19)、针孔(20)和光强探测器(21)构成,其中针孔(20)位于光斑放大物镜(19)的像面上。
8.根据权利要求6所述的分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测装置,其特征在于:分光瞳探测模块(14)还可由光斑放大物镜(19)、探测CCD(33)、位于探测CCD(33)像面中心的探测区域(35)构成。
9.根据权利要求6所述的分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测装置,其特征在于:激光时空整形模块(16)可由空间整形器(39)、时间整形器(40)构成,对飞秒激光器(15)发出的激光束进行时域和空域参数的联合调控,提高飞秒飞秒激光加工能力。
10.根据权利要求6所述的分光瞳共焦Raman-LIBS光谱探测的飞秒激光加工监测装置,其特征在于:还可利用显微成像模块(43)对样品(9)进行观察,其中,显微成像模块(43)由白光光源(41)、照明系统(42)、照明分光镜(44)、成像物镜(46)、CCD(47)组成;白光光源(41)发出的光经照明系统(42)、照明分光镜(44)、二向色镜B(6)、物镜(7)后均匀照射到样品(9)上,经样品(9)返回的光经照明分光镜(44)反射后经成像透镜(46)成像到CCD(47)上。
装置
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