一种空间光调制器上激光位置的标定方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种空间光调制器上激光位置的标定方法和系统，涉及激光调控的技术领域，包括：向空间光调制器加载多个阶跃相位图，以使空间光调制器利用多个阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到多个衍射图像，衍射图像用于表征光斑与阶跃相位图的π‑0分界线之间的相对位置；获取多个衍射图像，并确定出多个衍射图像中的目标衍射图像，目标衍射图像为多个衍射图像中关于目标区域对称的衍射图像；计算目标区域两侧的光强分布的不对称度，并确定出最小不对称度；将最小不对称度所对应的目标衍射图像的像素坐标确定为待标定激光的光斑中心的像素坐标，解决了现有技术中对激光光斑位置进行标定的标定结果精度较低的技术问题。

A calibration method and system of laser position on SLM

【技术实现步骤摘要】
一种空间光调制器上激光位置的标定方法和系统
本专利技术涉及激光调控的
，尤其是涉及一种空间光调制器上激光位置的标定方法和系统。
技术介绍
激光具有能量密度高，方向性好，高相干性等优点，在能量域、时间域、空间域具有丰富的可调自由度。激光的这些典型特征使其在加工制造中具有材料适用范围广，精度高(百纳米)，非接触等优点，在机械、光学、生物等领域中得到广泛应用。随着超短脉冲、超高光强、超短波长激光的快速发展，人们不断发现全新的激光与物质的相互作用原理，如非热相变、静电剥离、库伦爆炸、电子与晶格之间的非平衡态传热、非线性吸收等。这些丰富的作用机理使激光加工技术具有独特的极端制造效果。然而，绝大部分激光加工仍然是基于逐点扫描的串行加工技术，加工耗时随着结构的尺寸呈三次方递增，在实际生产中难以克服效率上的瓶颈。目前，提高激光加工效率的方法主要有三种：优化扫描策略、采用微透镜或者衍射光学元件进行分束、基于全息干涉或光场调控的并行加工技术。优化扫描策略的本质仍然是逐点扫描，在提高效率方面作用有限；微透镜或者衍射光学元件分束的方法只能加工出周期固定的结构，加工灵活性差；基于空间光调制器的光场调控技术根据自行设计的二维或三维结构将光场图形化，从而提升单次加工维度，进而实现高效灵活的加工。因此，研究如何利用空间光调制器对激光进行光场调控具有重要意义。但是，目前，完成激光光斑中心和相位图位置匹配的方法主要是人为调整激光光斑位置或者移动相位图位置，靠人眼判断是否匹配。一方面重合精度无法保证，另一方面该方法对于科研人员经验有较高要求，也耗费大量时间。针对上述问题，还未有人提出有效的解决方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种空间光调制器上激光位置的标定方法和系统，以缓解解决现有技术中对激光光斑位置进行标定的标定结果精度较低的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种空间光调制器上激光位置的标定方法，包括：向空间光调制器加载多个阶跃相位图，以使所述空间光调制器利用所述多个阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到多个衍射图像，其中，所述衍射图像用于表征所述光斑与所述阶跃相位图的π-0分界线之间的相对位置；获取所述多个衍射图像，并确定出所述多个衍射图像中的目标衍射图像，其中，所述目标衍射图像为所述多个衍射图像中关于目标区域对称的衍射图像，所述目标区域为所述目标衍射图像中的最宽的暗条纹；计算所述目标区域两侧的光强分布的不对称度，并确定出最小不对称度；将所述最小不对称度所对应的所述目标衍射图像的像素坐标确定为所述待标定激光光斑的像素坐标。进一步地，所述多个阶跃相位图包括：第一类阶跃相位图和第二类阶跃相位图，其中，所述第一类阶跃相位图的π-0分界线垂直于所述第二类阶跃相位图的π-0分界线，且任意相邻的两个第一类阶跃相位图的π-0分界线位于相邻的像素，任意相邻的两个第二类阶跃相位图的π-0分界线位于相邻的像素。进一步地，所述目标衍射图像包括：第一目标衍射图像和第二目标衍射图像，所述多个衍射图像包括：第一类衍射图像和第二类衍射图像，其中，所述第一类衍射图像为所述空间光调制器利用所述第一类阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到的衍射图像，所述第二类衍射图像为所述空间光调制器利用所述第二类阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到的衍射图像；获取所述多个衍射图像，并确定出所述多个衍射图像中的目标衍射图像，包括：获取所述第一类衍射图像，并确定出所述第一类衍射图像中的第一目标衍射图像，其中，所述第一目标衍射图像为所述第一类衍射图像中关于第一目标区域对称的衍射图像，所述第一目标区域为所述第一目标衍射图像中的最宽的暗条纹；获取所述第二类衍射图像，并确定出所述第二类衍射图像中的第二目标衍射图像，其中，所述第二目标衍射图像为所述第二类衍射图像中关于第二目标区域对称的衍射图像，所述第二目标区域为所述第二目标衍射图像中的最宽的暗条纹。进一步地，所述方法还包括：对所述目标衍射图像进行二值化处理，得到中间目标衍射图像；根据所述中间目标衍射图像，确定出所述目标区域。进一步地，计算所述目标区域两侧的光强分布的不对称度，并确定出最小不对称度，包括：利用归一化算法，计算所述目标区域两侧的光强分布的不对称度；基于所述不对称度和所述π-0分界线的像素位置坐标，构建关系曲线；基于所述关系曲线，确定出所述最小不对称度。进一步地，所述最小不对称度包括：第一最小不对称度和第二最小不对称度，其中，所述第一最小不对称度为所述第一目标衍射图像中的最小不对称度，所述第二最小不对称度为所述第二目标衍射图像中的最小不对称度。进一步地，将所述最小不对称度所对应的所述目标衍射图像的像素坐标确定为所述待标定激光光斑中心的像素坐标，包括：将所述第一最小不对称度所对应的所述第一目标衍射图像的像素坐标确定为所述待标定激光光斑的横向像素坐标；将所述第二最小不对称度所对应的所述第二目标衍射图像的像素坐标确定为所述待标定激光光斑的纵向像素坐标。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种空间光调制器上激光位置的标定系统，包括：激光器，透镜组，空间光调制器，CCD摄像头和终端设备，其中，所述透镜组包括：扩束透镜组和聚焦透镜，所述扩束透镜组设置于所述激光器和所述空间光调制器之间，所述聚焦透镜设置于所述空间光调制器和所述CCD摄像头之间，所述终端设备分别与所述空间光调制器和所述CCD摄像头相连接；所述激光器，用于透过所述扩束透镜组向所述空间光调制器发射待标定激光；所述空间光调制器，用于获取终端设备加载的多个阶跃相位图，利用所述多个阶跃相位图对所述待标定激光的光斑进行调制，得到多个衍射图像，其中，所述衍射图像用于表征所述光斑与所述阶跃相位图的π-0分界线之间的相对位置；所述CCD摄像头，用于通过所述聚焦透镜采集所述多个衍射图像，并将所述多个衍射图像加载给所述终端设备；所述终端设备，用于在获取到所述多个衍射图像之后，确定出所述多个衍射图像中的目标衍射图像，其中，所述目标衍射图像为所述多个衍射图像中关于目标区域对称的衍射图像，所述目标区域为所述目标衍射图像中的最宽的暗条纹；所述终端设备，还用于计算所述目标区域两侧的光强分布的不对称度，并确定出最小不对称度；所述终端设备，还用于将所述最小不对称度所对应的所述目标衍射图像的像素坐标确定为所述待标定激光光斑中心的像素坐标。进一步地，所述多个阶跃相位图包括：第一类阶跃相位图和第二类阶跃相位图，其中，所述第一类阶跃相位图的π-0分界线垂直于所述第二类阶跃相位图的π-0分界线，且任意相邻的两个第一类阶跃相位图的π-0分界线位于相邻的像素，任意相邻的两个第二类阶跃相位图的π-0分界线位于相邻的像素。进一步地，所述目标衍射图像包括：第一目标衍射图像和第二目标衍射图像，所述多个衍射图像包括：第一类衍射图像和第二类衍射图像，其中，所述第一类衍射图像为所述空间光调制器利用所述第一类阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到的衍射图像，所述第二类衍射图像为所述空间光调制器利用所述第二类阶跃相位图对待标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间光调制器上激光位置的标定方法，其特征在于，应用于终端设备，包括：/n向空间光调制器加载多个阶跃相位图，以使所述空间光调制器利用所述多个阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到多个衍射图像，其中，所述衍射图像用于表征所述光斑与所述阶跃相位图的π-0分界线之间的相对位置；/n获取所述多个衍射图像，并确定出所述多个衍射图像中的目标衍射图像，其中，所述目标衍射图像为所述多个衍射图像中关于目标区域对称的衍射图像，所述目标区域为所述目标衍射图像中的最宽的暗条纹；/n计算所述目标区域两侧的光强分布的不对称度，并确定出最小不对称度；/n将所述最小不对称度所对应的所述目标衍射图像的像素坐标确定为所述待标定激光的光斑中心的像素坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间光调制器上激光位置的标定方法，其特征在于，应用于终端设备，包括：
向空间光调制器加载多个阶跃相位图，以使所述空间光调制器利用所述多个阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到多个衍射图像，其中，所述衍射图像用于表征所述光斑与所述阶跃相位图的π-0分界线之间的相对位置；
获取所述多个衍射图像，并确定出所述多个衍射图像中的目标衍射图像，其中，所述目标衍射图像为所述多个衍射图像中关于目标区域对称的衍射图像，所述目标区域为所述目标衍射图像中的最宽的暗条纹；
计算所述目标区域两侧的光强分布的不对称度，并确定出最小不对称度；
将所述最小不对称度所对应的所述目标衍射图像的像素坐标确定为所述待标定激光的光斑中心的像素坐标。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个阶跃相位图包括：第一类阶跃相位图和第二类阶跃相位图，其中，所述第一类阶跃相位图的π-0分界线垂直于所述第二类阶跃相位图的π-0分界线，且任意相邻的两个第一类阶跃相位图的π-0分界线位于相邻的像素，任意相邻的两个第二类阶跃相位图的π-0分界线位于相邻的像素。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标衍射图像包括：第一目标衍射图像和第二目标衍射图像，所述多个衍射图像包括：第一类衍射图像和第二类衍射图像，其中，所述第一类衍射图像为所述空间光调制器利用所述第一类阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到的衍射图像，所述第二类衍射图像为所述空间光调制器利用所述第二类阶跃相位图对待标定激光的光斑进行调制，得到的衍射图像；
获取所述多个衍射图像，并确定出所述多个衍射图像中的目标衍射图像，包括：
获取所述第一类衍射图像，并确定出所述第一类衍射图像中的第一目标衍射图像，其中，所述第一目标衍射图像为所述第一类衍射图像中关于第一目标区域对称的衍射图像，所述第一目标区域为所述第一目标衍射图像中的最宽的暗条纹；
获取所述第二类衍射图像，并确定出所述第二类衍射图像中的第二目标衍射图像，其中，所述第二目标衍射图像为所述第二类衍射图像中关于第二目标区域对称的衍射图像，所述第二目标区域为所述第二目标衍射图像中的最宽的暗条纹。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述目标衍射图像进行二值化处理，得到中间目标衍射图像；
根据所述中间目标衍射图像，确定出所述目标区域。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述目标区域两侧的光强分布的不对称度，并确定出最小不对称度，包括：
利用归一化算法，计算所述目标区域两侧的光强分布的不对称度；
基于所述不对称度和所述π-0分界线的像素位置坐标，构建关系曲线；
基于所述关系曲线，确定出所述最小不对称度。


6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述最小不对称度包括：第一最小不对称度和第二最小不对称度，其中，所述第一最小不对称度为所述第一目标衍射图像中的最小不对称度，所述第二最小不对称度为所述第二目标衍射图像中的最小不对称度。


7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭虓，彭泽宇，郭亮，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44