一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法技术

一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法，先搭建飞秒激光并行加工光路，再设计多焦点图案的棱形位置分布并确定各子焦点的相对能量强度，进而利用CCD相机反馈的实时光场信息结合GSW方法对相位全息图进行迭代计算，迭代计算出符合要求的相位全息图；最后将相位全息图加载在空间光调制器上，飞秒激光在金属样品表面上汇聚成预设的多焦点图案，进而利用扫描振镜在金属样品表面快速烧蚀出鲨鱼皮表面结构；本发明专利技术利用空间光调制器来控制飞秒激光多焦点图案的位置和强度分布，从而在金属样品表面快速烧蚀出鲨鱼皮表面结构。在金属样品表面快速烧蚀出鲨鱼皮表面结构。在金属样品表面快速烧蚀出鲨鱼皮表面结构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法


[0001]本专利技术属于激光加工
，具体涉及一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法。

技术介绍

[0002]生活在海洋中的鲨鱼能够在水中轻快自如地游动，这得益于鲨鱼表皮的微纳结构。鲨鱼皮表面结构呈现出一种不规则的沟槽排列，其长度和深度并不是固定的；正是这种奇特的表面结构，能够改变周围流场从而有效减小流动阻力，并且还具有防水防污的作用，通过仿生制造这种鲨鱼皮表面结构可以应用于航空和航海领域。目前鲨鱼皮表面结构的仿生制造方法有模具复制法、微塑铸法和纳米压印法等，但这些方法都有精度低和效率低的问题。
[0003]相比之下，飞秒激光加工技术在微纳加工领域有着众多加工优势，然而利用飞秒激光单焦点直写加工鲨鱼皮表面结构是难以实现的，主要原因是鲨鱼皮表面结构是由不规则的沟槽排列而成，在鲨鱼皮表面结构单元内分布着不同长度和深度的沟槽，飞秒激光单焦点直写加工难以在金属样品表面烧蚀出由不规则沟槽排列组成的鲨鱼皮表面结构。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法，实现鲨鱼皮表面结构的快速制备。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法，利用空间光调制器来控制飞秒激光多焦点图案的位置和强度分布，从而在金属样品表面快速烧蚀出鲨鱼皮表面结构；
[0007]飞秒激光多焦点图案的位置整体呈现棱形分布，且焦点强度由图案中间向两端表现为梯度分布；呈现棱形位置分布的多焦点图案在指定加工路径上移动相邻垂直分布的两个子焦点间的距离；
[0008]呈现棱形位置分布的多焦点图案内部的子焦点在垂直方向上的间距相同，且为鲨鱼皮表面结构单元的加工距离；
[0009]鲨鱼皮表面结构单元整体呈现棱形，具体由不同深度和宽度的沟槽组成。
[0010]一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)搭建飞秒激光并行加工光路，飞秒激光并行加工光路包括飞秒激光器1，飞秒激光器1的出射能量先经半波片2和偏振分束镜3，偏振分束镜3将高斯光束的偏振态调制为水平方向；再利用扩束镜4对高斯光束进行扩束准直，然后利用反射镜5调整高斯光束与空间光调制器6的入射角度，空间光调制器6反射出的高斯光束经过由第一透镜7和第二透镜9组成的一个4F系统，并且在第一透镜7的后焦平面上放置一个光阑8；在第二透镜9的后面安装一个分束镜10，一路分束高斯光束经过扫描振镜11照射在三轴精密移动平台12上的金属样
品表面；
[0012]另一路分束高斯光束经第三透镜13形成的多焦点图案再经衰减片14汇聚于CCD相机15上，CCD相机15所捕获的实际多焦点图案信息用于反馈至计算机16；
[0013]飞秒激光器1、空间光调制器6、扫描振镜11和计算机16连接；
[0014]2)设计多焦点图案的棱形位置分布并确定各子焦点的相对能量强度，进而利用CCD相机反馈的实时光场信息结合GSW方法对相位全息图进行迭代计算，迭代计算出符合要求的相位全息图；
[0015]3)将相位全息图加载在空间光调制器6上，飞秒激光在金属样品表面上汇聚成预设的多焦点图案，进而利用扫描振镜在金属样品表面快速烧蚀出鲨鱼皮表面结构。
[0016]所述的步骤1)中扩束镜4的扩束倍数应保证扩束后高斯光束直径接近空间光调制器6的液晶面板短轴长度，以保证相位全息图对入射光束的调制效率。
[0017]所述的步骤1)中空间光调制器6的高斯光束入射角度应小于10
°
，同时保证经空间光调制器6反射出的高斯光束与飞秒激光器1出射的高斯光束保持平行。
[0018]所述的步骤1)中空间光调制器6处于第一透镜7的前焦平面。
[0019]所述的步骤1)中光阑8的位置应保证相位全息图在叠加闪耀光栅相位图后仅让多焦点图案通过，而遮挡住零级光斑。
[0020]所述的扫描振镜11中场镜和第二透镜9的距离分别为两者焦距之和，第三透镜13和第二透镜9的距离分别为两者焦距之和。
[0021]所述的三轴精密移动台12置于扫描振镜11的正下方，保证经扫描振镜11的多焦点图案恰好汇聚于金属样品表面。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术在飞秒激光直写加工的基础上，利用空间光调制器来控制多焦点图案的位置和强度分布，实现在金属样品表面直接烧蚀出的沟槽的长度和深度，进而在金属样品表面烧蚀出鲨鱼皮表面结构单元，并结合扫描振镜可在金属样品表面上快速覆盖鲨鱼皮表面结构；本专利技术充分继承了飞秒激光直写加工的加工精度高和加工对象广等优势，实现了对鲨鱼皮表面结构内不同长度和深度的沟槽的快速制备，为航空和航海领域内的关键部件表面仿生出鲨鱼皮表面结构提供了有力指导。
附图说明
[0024]图1为实施例飞秒激光并行加工光路的结构示意图。
[0025]图2为实施例用于制备鲨鱼皮表面结构的多焦点图案的位置和强度分布，以及鲨鱼皮表面结构单元的加工方向与距离要求示意图。
[0026]图3为实施例制备的鲨鱼皮表面结构截面轮廓示意图。
[0027]图4为实施例利用扫描振镜结合多焦点图案用于金属样品表面上快速覆盖上鲨鱼皮表面结构的示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合实施例和附图对本专利技术进一步地详细说明。
[0029]一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法，包括以下步骤：
[0030]1)搭建飞秒激光并行加工光路，参照图1，飞秒激光并行加工光路包括飞秒激光器1，飞秒激光器1的出射能量先利用由半波片2和偏振分束镜3组合能量调节系统进行控制，同时偏振分束镜3将高斯光束的偏振态调制为水平方向；再利用扩束镜4对高斯光束进行扩束准直，扩束倍数应保证扩束后高斯光束直径接近空间光调制器6的液晶面板短轴长度，以保证相位全息图对入射光束的调制效率；然后利用反射镜5调整高斯光束与空间光调制器6的入射角度，入射角度应小于10
°
，同时保证经空间光调制器6反射出的高斯光束与飞秒激光器1出射的高斯光束保持平行；空间光调制器6反射出的高斯光束经过由第一透镜7和第二透镜9组成的一个4F系统，保证空间光调制器6处于第一透镜7的前焦平面，并且在第一透镜7的后焦平面上放置一个光阑8，光阑8的位置应保证相位全息图在叠加闪耀光栅相位图后仅让多焦点图案通过，而遮挡住零级光斑；在第二透镜9的后面安装一个分束镜10，一路分束高斯光束经过扫描振镜11照射在三轴精密移动平台12上的金属样品表面，三轴精密移动台12置于扫描振镜11的正下方，其用于保证经扫描振镜11的多焦点图案恰好汇聚于金属样品表面；
[0031]另一路分束高斯光束经第三透镜13形成的多焦点图案再经衰减片14汇聚于CCD相机15上，扫描振镜11中场镜和第二透镜9的距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法，其特征在于：利用空间光调制器来控制飞秒激光多焦点图案的位置和强度分布，从而在金属样品表面快速烧蚀出鲨鱼皮表面结构；飞秒激光多焦点图案的位置整体呈现棱形分布，且焦点强度由图案中间向两端表现为梯度分布；呈现棱形位置分布的多焦点图案在指定加工路径上移动相邻垂直分布的两个子焦点间的距离；呈现棱形位置分布的多焦点图案内部的子焦点在垂直方向上的间距相同，且为鲨鱼皮表面结构单元的加工距离；鲨鱼皮表面结构单元整体呈现棱形，具体由不同深度和宽度的沟槽组成。2.一种基于空间光调制器的鲨鱼皮表面结构快速制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)搭建飞秒激光并行加工光路，飞秒激光并行加工光路包括飞秒激光器(1)，飞秒激光器(1)的出射能量先经半波片(2)和偏振分束镜(3)，偏振分束镜(3)将高斯光束的偏振态调制为水平方向；再利用扩束镜(4)对高斯光束进行扩束准直，然后利用反射镜(5)调整高斯光束与空间光调制器(6)的入射角度，空间光调制器(6)反射出的高斯光束经过由第一透镜(7)和第二透镜(9)组成的一个4F系统，并且在第一透镜(7)的后焦平面上放置一个光阑(8)；在第二透镜(9)的后面安装一个分束镜(10)，一路分束高斯光束经过扫描振镜(11)照射在三轴精密移动平台(12)上的金属样品表面；另一路分束高斯光束经第三透镜(13)形成的多焦点图案再经衰减片(14)汇聚于CCD相机(15)上，CCD相机(15)所捕获的实际多焦点图案信息用于反馈至计算机(16)；飞秒激光器(1)、空间光调制器(6)、扫描振镜(11)和计算机(16)连接；2)设计多焦点图案的棱形位置分布并确定各子焦点的相对能量强度，进而利用CCD相机反馈的实时光场信息结合GSW...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文君，袁斯宾，梅雪松，闵超庆，刘斌，陈玉虎，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：