本发明专利技术提供一种图案彩绘加工装置与加工方法，其中的装置包括激光光源、能量调制组件、空间光调制器、偏振末端调节组件、光束线聚焦组件和三维移动平台，激光光源用于发出脉冲激光；能量调制组件用于调节脉冲激光的能量；空间光调制器用于对能量调节后的脉冲激光进行调制；偏振末端调节组件用于对调制后脉冲激光的偏振方向进行调节；光束线聚焦组件用于将偏振方向调节后的脉冲激光聚焦至加工样品表面，加工出周期性微纳结构图案；三维移动平台用于承载加工样品，调整加工样品表面的加工位置。本发明专利技术使用动态虚拟掩膜激光线扫替代传统点扫的加工方式，并结合激光诱导表面周期性微纳米结构的同步形成，使加工效率得到显著提高。使加工效率得到显著提高。使加工效率得到显著提高。
【技术实现步骤摘要】
图案彩绘加工装置与加工方法
[0001]本专利技术涉及激光彩绘的
，特别涉及一种图案彩绘加工装置与加工方法。
技术介绍
[0002]激光加工技术作为一种先进微纳加工手段，以其非接触式加工、加工精度高和材料适应性广等特点，逐步成为先进微纳制造的重要手段。在现有激光彩绘图案化的加工过程中，一般采用下列两种方式：一是对彩绘图案进行空间高密度逐点划分的无掩膜加工方式，该加工方式利用单个聚焦光束的逐点移动扫描实现图案化彩绘，重点强调单点加工所需的激光能量，限制了高能量输出激光的利用效率；同时，这种单个聚焦光束的高密度逐点加工耗时较长，特别是针对大面积彩绘图案，降低了激光加工的整体效率。二是基于图案实体掩膜的激光照射加工方式，尽管该加工方式可以通过采用单束或者双束激光照射来获得图案化形貌及彩色效果的呈现，但实体掩膜版作为硬孔光阑存在边缘光学衍射效应的问题，将会对加工图案的质量、精度和彩色显示效果等产生严重影响，无法满足实际应用的需求；另外，实体掩膜版的使用也极大地限制了激光加工过程的灵活性。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种图案彩绘加工装置与加工方法，以动态虚拟掩膜激光线扫代替传统点扫的加工方式，提高加工效率且不受到边缘光学衍射效应的影响。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0005]本专利技术提供的图案彩绘加工装置，包括激光光源、能量调制组件、扩束组件、空间光调制器、偏振末端调节组件、光束线聚焦组件和三维移动平台；其中，激光光源用于发出脉冲激光；能量调制组件用于对脉冲激光进行能量调节；扩束组件用于对能量调节后脉冲激光进行扩束，使扩束后的脉冲激光充满空间光调制器的工作区域；空间光调制器用于建立图案特征信息与激光强度空间分布之间的映射关系；偏振末端调节组件用于对调制后脉冲激光的偏振方向进行调节；光束线聚焦组件用于将偏振方向调节后的脉冲激光聚焦至加工样品表面，在加工样品表面加工出依赖于脉冲激光偏振方向的周期性微纳结构图案，实现彩绘效果；三维移动平台用于承载加工样品，调整加工样品表面的加工位置。
[0006]优选地，激光光源为纳秒脉冲激光器、皮秒脉冲激光器或飞秒脉冲激光器。
[0007]优选地，能量调制组件为衰减器、分束器、滤光片或半波片。
[0008]优选地，扩束系统包含固定倍率或变倍率的扩束器。
[0009]优选地，图案彩绘加工装置还包括偏振分光元件和偏振预调节组件，扩束后的脉冲激光经偏振分光元件反射至偏振预调节组件，经偏振预调节组件将脉冲激光的线偏振方向调节成与空间光调制器的液晶分子初始排列方向成45
°
，空间光调制器出射的脉冲激光经偏振预调节组件、偏振分光元件的透射后入射至偏振末端调节组件。
[0010]优选地，图案彩绘加工装置还包括反射镜，空间光调制器出射的脉冲激光经反射
镜反射至偏振末端调节组件。
[0011]优选地，光束线聚焦组件包括第一柱透镜和第二柱透镜，第一柱透镜与第二柱透镜的轴向子午线方向相互正交。
[0012]本专利技术提供的图案彩绘加工方法利用如上的图案彩绘加工装置，具体包括如下步骤：
[0013]S1、将图案划分为不同的加工区域，对每个加工区域以空间切片形式进行数据分割，建立对应于不同加工区域的切片数据库；
[0014]S2、将加工样品放置在三维移动平台上，通过移动加工样品、改变脉冲激光的偏振方向对每个加工区域进行不同偏振方向的加工，在加工样品表面加工出依赖于脉冲激光的偏振方向的周期性微纳结构图案，实现彩绘效果；其中，在对每个加工区域进行加工的过程中，空间光调制器通过动态读取加工样品的移动位置信息，调取切片数据库中对应的切片，并根据建立的映射关系对脉冲激光进行调制。
[0015]优选地，步骤S1具体包括如下步骤：
[0016]S11、赋予图案不同的灰度信息，根据不同的灰度信息将图案划分为不同的加工区域；
[0017]S12、以预设步长对每个加工区域进行切片化处理，将图案分割成对应不同加工位置的切片，基于不同加工区域的切片建立对应的数据库，在每个切片数据库中分别存储有切片与加工位置的对应关系。
[0018]优选地，空间光调制器通过动态读取加工样品的移动位置信息，确定加工样品的当前加工位置，根据切片数据库中存储的对应关系调取对应的切片。
[0019]与现有技术相比，本专利技术能够取得如下技术效果：
[0020]1、本专利技术使用动态虚拟掩膜激光线扫代替传统点扫的加工方式，并结合激光诱导加工样品表面周期性微纳米结构的同步形成，使加工效率得到显著提高。另外，因未采用实体掩膜版，不会受到边缘光学衍射效应的影响。
[0021]2、本专利技术加工的图案分辨率能够达到250+dpi，宏观尺度能够达到厘米量级，对于大面积、高分辨率的图形化加工提供了新的解决方案。
[0022]3、本专利技术的加工过程不受材料限制，通过选择合适的激光加工参数，能够实现对金属、半导体等多种材料的高分辨率图案彩绘加工。
附图说明
[0023]图1是根据本专利技术实施例提供的一种图案彩绘加工装置的结构示意图；
[0024]图2是根据本专利技术实施例提供的另一种图案彩绘加工装置的结构示意图；
[0025]图3是根据本专利技术实施例提供的C形图案的彩绘加工方法的流程示意图；
[0026]图4是根据本专利技术实施例1提供的激光诱导加工后形成具有单一方向周期结构的图案；
[0027]图5是根据本专利技术实施例2提供的激光诱导加工后形成具有多个方向周期结构的图案；
[0028]图6是根据本专利技术实施例3提供的激光诱导加工后形成多个方向周期结构的复合图案。
[0029]其中的附图标记包括：激光光源1、能量调制组件2、扩束组件3、光束折转偏振调节组件4、偏振分光元件41、偏振预调节组件42、反射镜43、空间光调制器5、偏振末端调节组件6、光束线聚焦组件7、第一柱透镜71、第二柱透镜72、三维移动平台8、加工样品9。
具体实施方式
[0030]在下文中，将参考图描述本专利技术的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的图标记表示。在相同的图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0032]图1示出了根据本专利技术实施例提供的一种图案彩绘加工装置的结构。
[0033]如图1所示，本专利技术实施例提供的一种图案彩绘加工装置的结构，包括：激光光源1、能量调制组件2、扩束组件3、光束折转偏振调节组件4、空间光调制器5、偏振末端调节组件6、光束线聚焦组件7和三维移动平台8。
[0034]激光光源1用于发出脉冲激光，激光光源1可以为脉冲持续时间从纳秒到飞秒的多种类型的激光器，例如纳秒脉冲本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种图案彩绘加工装置，其特征在于，包括激光光源、能量调制组件、扩束组件、空间光调制器、偏振末端调节组件、光束线聚焦组件和三维移动平台；其中，所述激光光源用于发出脉冲激光；所述能量调制组件用于对所述脉冲激光进行能量调节；所述扩束组件用于对能量调节后的脉冲激光进行扩束，使扩束后的脉冲激光充满所述空间光调制器的工作区域；所述空间光调制器用于建立图案特征信息与激光强度空间分布之间的映射关系；所述偏振末端调节组件用于对调制后脉冲激光的偏振方向进行调节；所述光束线聚焦组件用于将偏振方向调节后的脉冲激光聚焦至加工样品表面，在加工样品表面加工出依赖于脉冲激光偏振方向的周期性微纳结构图案，从而实现彩绘效果；所述三维移动平台用于承载加工样品，调整加工样品表面的加工位置。2.如权利要求1所述的图案彩绘加工装置，其特征在于，所述激光光源为纳秒脉冲激光器、皮秒脉冲激光器或飞秒脉冲激光器。3.如权利要求1所述的图案彩绘加工装置，其特征在于，所述能量调制组件为衰减器、分束器、滤光片或半波片。4.如权利要求1所述的图案彩绘加工装置，其特征在于，所述扩束系统包含固定倍率或变倍率的扩束器。5.如权利要求1所述的图案彩绘加工装置，其特征在于，还包括包括偏振分光元件和偏振预调节组件，扩束后的脉冲激光经所述偏振分光元件反射至所述偏振预调节组件，经所述偏振预调节组件将脉冲激光的线偏振方向调节成与所述空间光调制器的液晶分子初始排列方向成45
°
，所述空间光调制器出射的脉冲激光经所述偏振预调节组件、所述偏振分光元件的透射后入射至所述偏振末端调节组件。6.如权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建军，李宇航，邹婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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