专利汇可以提供差动共焦Raman-LIBS-质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 涉及一种差动共焦Raman-LIBS-质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、飞秒激光加工制造技术领域。本发明将高轴向分辨的激光差动共焦轴向监测模 块 与飞秒激光加工系统有机融合,利用差动共焦系统曲线零点对样品轴向 位置 进行 纳米级 原位在线监测和样品轴向加工尺寸测量,解决了测量过程中的漂移问题和高 精度 在线检测问题;利用差动共焦拉曼 光谱 探测模块、LIBS光谱探测模块和质谱仪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。,下面是差动共焦Raman-LIBS-质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.差动共焦Raman-LIBS-质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,利用激光差动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,利用质谱仪对材料的离子信息进行检测分析,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、将待加工样品(9)置于精密工作台(10)上,由精密工作台(10)带动样品(9)进行二维扫描运动,利用差动共焦轴向监测模块(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),用于调整样品(9)姿态,并用于飞秒激光加工系统对加工控制参数的调整;
其中,激光差动共焦轴向监测模块(1)由激光器(2)、扩束器(3)、第一分光镜(12)、差动共焦探测模块(13)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)经第一分光镜(12)反射后分为两路,一路经探测分光镜(14)透射后经第一探测物镜(15)聚焦到第一强度探测器(16),一路经探测分光镜(14)反射后经第二探测物镜(17)聚焦到第二强度探测器(18),由差动处理模块(19)对两路探测信号处理后得到差动共焦曲线(20);
依据差动共焦曲线(20)的过零点位置对样品(9)表面位置进行纳米级监测;
步骤二、利用飞秒激光器(21)、激光时空整形模块(22)、二维扫描器(24)构成的飞秒激光加工系统对样品(9)进行微细结构加工,加工过程中利用差动共焦轴向监测模块(1)对样品(9)表面的轴向位置进行监测;依据差动共焦曲线(20)的过零点位置对样品(9)表面的轴向位置进行纳米级监测;
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轴向精确定焦;
步骤四、加工完成后,可利用激光差动共焦轴向监测模块(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(44)由拉曼光谱探测模块(27)探测,对加工后样品的分子结构参数进行原位检测分析,其中,拉曼探测模块(27)由拉曼耦合镜(25)和拉曼光谱探测器(26)组成;
步骤六、脉冲光束经物镜(7)聚焦到样品(9)上,激发出等离子体羽(28),部分等离子体通过离子吸管(29)由质谱仪(30)探测,对加工后样品的带电离子进行原位检测分析;等离子体羽(28)湮灭发出的LIBS光谱,该光谱经二向色镜B(6)反射后再次被二向色镜C(44)反射,由LIBS光谱探测模块(43)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、由差动处理模块(19)、拉曼光谱探测器(26)、LIBS光谱探测器(42)和质谱仪(30)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检测加工后的效果,对通过激光时空整形模块(22)对加工激光光束(23)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等。
2.根据权利要求1所述的差动共焦Raman-LIBS-质谱探测的飞秒激光加工监测方法,其特征在于:飞秒激光加工系统发出的加工激光光束(23)与轴向监测平行光束(4)经物镜(7)同轴耦合到样品(9)表面,实现飞秒激光加工样品几何形态与性能参数的高分辨监测与原位成像。
3.根据权利要求1所述的差动共焦Raman-LIBS-质谱探测的飞秒激光加工监测方法,其特征在于:还包括在加工前,能够利用显微成像模块(40)对样品(9)进行观察,所述显微成像模块(40)由白光光源(34)、照明系统(35)、照明分光镜(36)、分光镜(37)、成像透镜(38)和CCD(39)组成;白光光源(34)发出的光经照明系统(35)、照明分光镜(36)、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(36)、分光镜(37)反射后经成像透镜(38)成像到CCD(39)上,能够判断样品(9)的倾斜和位置。
4.差动共焦Raman-LIBS-质谱探测的飞秒激光加工监测一体化装置,其特征在于:包括飞秒激光器(21)、位于飞秒激光器(21)出射光束方向的激光时空整形模块(22)和二维扫描器(24),位于飞秒激光器(21)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)反射方向的差动共焦轴向监测模块(1)和位于二向色镜B(6)反射方向的二向色镜C(44)、拉曼光谱探测模块(27),位于二向色镜C(44)反射方向的LIBS光谱探测模块(43),位于样品(9)一侧的离子吸管(29)和质谱仪(30);物镜(7)由轴向扫描器(8)驱动,差动共焦轴向监测模块(1)包括激光器(2)、位于激光器(2)出射方向的扩束器(3)、第一反射镜(12)和位于第一反射镜(12)反射方向的差动共焦探测模块(13);
轴向监测平行光束(4)和加工激光光束(23)经二向色镜A(5)、物镜(7)同轴入射到样品(9)表面。
5.根据权利要求4所述的差动共焦Raman-LIBS-质谱探测的飞秒激光加工监测一体化装置,其特征在于:差动共焦探测模块(13)由探测分光镜(14)、第一探测物镜(15)、第一强度探测器(16)、第二探测物镜(17)、第二强度探测器(18)和差动处理模块(19)组成;且第一强度探测器(16)和第二强度探测器(18)偏离第一探测物镜(15)和第二探测物镜(17)焦平面的距离相等、方向相反。
6.根据权利要求4所述的差动共焦Raman-LIBS-质谱探测的飞秒激光加工监测一体化装置,其特征在于:激光时空整形模块(22)可由空间整形器(31)和时间整形器(32)构成,对飞秒激光器(21)发出的激光束进行时域和空域参数的联合调控,提高飞秒激光微纳加工能力。
7.根据权利要求4所述的差动共焦Raman-LIBS-质谱探测的飞秒激光加工监测一体化装置,其特征在于:还可以利用显微成像模块(40)对样品(9)进行观察,其中显微成像模块(40)由白光光源(34)、照明系统(35)、照明分光镜(36)、成像透镜(38)和CCD(39)组成。
装置
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