本发明专利技术涉及一种用于在激光器处理期间原位过程监测和控制单个脉冲测量的方法和装置，例如烧蚀、激光打印增加制造和折射率的修改。本申请涉及激光材料处理，并且涉及利用激光束或激光脉冲的干扰效应的综合过程监测。或激光脉冲的干扰效应的综合过程监测。或激光脉冲的干扰效应的综合过程监测。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于原位过程监测的方法和装置
[0001]专利技术技术
[0002]本专利技术涉及一种利用高重复率的单脉冲测量，通过脉冲激光器进行快速过程监测的方法和装置。其允许在激光器的原位检查(inspection)和/或检测(detection)期间，原位过程监测和控制高重复率的单脉冲测量。
[0003]本申请涉及通过激光器的原位检查和/或检测，并且涉及利用激光脉冲的光谱干涉效应的综合过程监测。
技术介绍
[0004]自从涉及通过激励辐射发射的光放大(简称“激光器”)专利技术以来，已开发出从测量到处理的多种应用。激光的物理性质连同干涉测量法一起允许极其精确分析和处理。借助于超短脉冲激光器的极短和宽带光脉冲，执行光谱干涉测量是可能的。这样允许检测极其快速过程等。
[0005]US 2017/0120377公开了用于利用所谓“谱域光学相干断层扫描”(spectral domain optical coherence tomography，SDOCT)而修改材料的相干成像和反馈控制的方法和系统。激光束处理待烧蚀的试样并且随后穿过干涉测量元件(即迈克尔逊干涉仪)，以通过额外成像光束来产生干涉图案。高速CMOS光谱仪将所得干涉图案转换为数字信号，该数字信号由称为反馈控制器的计算装置进行分析，从而生成输出信号。本输出信号最终根据干涉测量输出而分别控制或至少影响过程或处理参数。
[0006]这种方法的缺点在于，采样率仅处于数百千赫兹的范围内。两个因素限制了最大采样率。首先，高速CMOS传感器的最大图像样本读取率为约300kHz。此外，反馈控制器的速度一方面受限于CPU时钟速率，并且另一方面受限于所实现控制程序的复杂性，而处于几百千赫兹的范围内。此外，除了处理激光器外，还使用第二光源，从而增加成本和技术设置的复杂性。
[0007]US 2017/0067821公开了一种单次拍摄的太赫兹成像系统，包括干涉仪和太赫兹光谱仪，其仪配置成通过CCD相机测量所干涉的太赫兹辐射。太赫兹光谱仪包括配置成接收所干涉的太赫兹辐射并输出空间色散的太赫兹辐射的频率色散元件，和配置成确定空间分散的太赫兹辐射的强度的太赫兹辐射检测器。本系统允许样本表面的三维外形的测量。
[0008]本测量装置的缺点为由于使用CCD相机而限制测量速率。因此，需要通过CCD相机的数字信号处理来避免速度限制，并且额外地降低机器成本并增加基于脉冲激光器的材料处理的质量和精度以使其更有利可图。
[0009]Mahjoubfar Ata等人：“Al
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augmented time stretch microscopy”，Progress in Biomedical Optics and Imaging，SPIE
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International Society for Optical Engineering，Bellingham，WA，US，vol.10076，2017.02.22，第100760J
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100760J页，DOI:10.1117/12.2252572描述了一种用于以线扫描形式的空间分辨率的高速成像的科学测量
方法和装置。利用时间拉伸色散傅里叶变换方法，实现了测量数据的数字化以用于基于人工智能的后继计算数据分析。
[0010]K.Goda等人：“Hybrid Dispersion Laser Scanner”，Scientific Reports，vol.2，2012.06.08，DOI:10.1038/srep00445涉及一种混合分散激光扫描仪，其包括无任何机械部件的空间分辨率的2D扫描仪。测量装置利用超短脉冲激光器和时间拉伸色散傅里叶变换以用于测量数据的数字化。数据分析由计算软件来执行。
[0011]US 2011/109911 A1描述了一种使用非相干光源执行称为光学相干断层扫描(optical coherence tomography，OCT)的方法的装置。光纤环路的使用扩大了测量范围。测量信号由CCD芯片来记录。
[0012]Lau Andy K S等人：“Interferometric time
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stretch microscopy for ultrafast quantitative cellular and tissue imaging at 1m”，Journal of Biomedical Optics，SPIE，vol.19，no.7，2014.07.01，第76001页，DOI:10.1117/I.JBO.19.7.076001描述了一种利用用于快速测量数据记录的超短脉冲激光器和时间拉伸色散傅里叶变换的ID成像方法。激光束通过衍射光栅而扩宽，以扫描穿过显微镜组件的ID线。
[0013]所有述及方法和装置的缺点在于，由于所需的繁琐计算数据分析，信号的实时应答为不可能的。此外，由于测量数据物理上受限于计算机存储器，连续操作为不可能的。最后，所有描述方法和装置制备用于测量。由于所披露组件，处理为实际上不可能的。
技术实现思路
[0014]本专利技术的目的为一种新型处理和测量方法，以增加检测速度并且从而开辟新处理机会，诸如由于更复杂三维结构的较高处理时间分辨率和较快处理时间而实现的较高处理准确度。其允许较高时钟速率，并且避免了数字信号分析的速度限制。
[0015]在模拟电域中处理电信号为本专利技术的关键点。其它实施方式应用电信号的快速模数转换，该快速模数转换始终受限于所用处理器的时钟速度。在此，所关注信号利用过滤器(例如，射频过滤器)和整流来直接地检测。
[0016]本专利技术的关键步骤为所谓时间拉伸色散傅里叶变换(time
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stretch dispersive Fourier transform，TS
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DFT)，其允许在时域中操作；这与所引用方法和装置相反，这些方法和装置在将频率映射到位置之后操作(例如经由角度色散)，以空间图像替代时间电信号(频率)。在本专利技术中，两个超短脉冲激光束在穿过色散元件期间彼此干涉，从而得到一个干涉光束。时间干涉图(例如映射至拉伸时域中的光谱干涉)为所得光信号。光信号的时间调制频率由光电检测器测量，并转换成电信号。干涉光束的时间调制频率和电信号分别与τ相关联：
[0017][0018]变量τ表示两个超短脉冲之间的时间差值。L和β分别为所用色散元件的长度和色散参数。例如，此类色散元件可为纤维。借助于干涉测量设置(例如，诸如迈克尔逊干涉仪)，两个脉冲从脉冲光束的一个脉冲来生成，该脉冲光束的时间差值特别地取决于从分束器至目标物体的距离相比于其与基准臂的对应距离。时间差值也可由于穿过具有不同光学密度
的目标物体的透射率而出现，其还物理上描述为折射率不同，该透射率得到不同光传播速度。
[0019]每个距离差值或折射率差值，和因此每个时间差值τ得到由光电检测器所生成的特征射频信号。利用至目标物体的特定距离或目标物体的特定折射率形式(相比于至基准镜的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在激光处理期间的原位过程监测的方法，至少包括以下步骤：a.由超短脉冲激光器(4)发射至少一个超短脉冲激光束(5)；b.由分束器(6)将所述至少一个超短脉冲激光束(5)分裂成至少一个主脉冲激光束(7)和至少一个基准脉冲激光束(8)；c.由目标物体(10)反射或透射所述至少一个主脉冲激光束(7)，并由基准镜(9)反射所述至少一个基准脉冲激光束(8)；d.通过叠加至少一个反射或透射主脉冲激光束和至少一个反射基准脉冲激光束(11)，提供至少一个组合脉冲激光束(13)；e.将所述至少一个组合脉冲激光束(13)耦合至色散元件(14)中；f.由于所述色散元件(14)在时间上拉伸频率内容，所述至少一个组合脉冲激光束(13)与自身干涉；g.将至少一个干涉光束(15)转换为电信号(17)，由此所述至少一个干涉光束(15)为所述色散元件(14)产生和发射，其中在所述色散元件(14)中进行时间拉伸之后，频谱和相应时间波形的幅值/强度调制反比例于所述至少一个反射或透射主脉冲激光束和所述至少一个反射基准脉冲激光束(11)之间的时间延迟；h.过滤所述电信号(17)的特定频率和/或特定频率范围；和i.将过滤的电信号(17)整流成输出信号(20)以控制功能和/或作为测量对象。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分束器(6)的分裂器轴线相对于入射的至少一个超短脉冲激光束(5)倾斜45
°
。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个主脉冲激光束(7)和所述至少一个基准脉冲激光束(8)为彼此基本垂直的。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个基准脉冲激光束(8)由所述基准镜(9)在基本垂直方向上进行反射。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个超短脉冲激光束(5)包括交替地使用的至少一个处理脉冲和至少一个检测脉冲。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一个处理脉冲用于处理应用，并且所述至少一个检测脉冲用于测量。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个处理脉冲和所述至少一个检测脉冲进行差别地偏振。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个反射基准脉冲激光束(11)和所述至少一个反射或透射主脉冲激光束通过穿过分束器(6)进行叠加。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述超短脉冲激光器(4)以长于拉伸测量信号持续时间的脉冲间隔提供脉冲，所述拉伸测量信号为基准光束(15)...
【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：拜罗伊特大学，
类型：发明
国别省市：
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