【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于加权反馈复振幅约束的高质量激光图案化加工方法，属于激光应用。
技术介绍
1、相位全息空间整形技术由于其能量效率高、加工灵活性好等优势已被广泛应用于飞秒激光图案化加工领域。为获得高质量的图案化加工光场，常使用gs算法、ora算法、杨顾算法等误差减少算法来计算加工图案对应的相位全息图，但在迭代计算过程中，算法仅对光场振幅强度进行约束，而忽略了光场内相位的变化。当光场内邻近光点之间相位不匹配，如0相位与π相位相邻时，往往会由于空间上的相位突变发生干涉相消，导致整形光场中出现零强度的斑点噪声，激光图案化加工结构内出现孔洞缺陷，严重破坏加工结构的形状和功能完整性。
2、目前减少斑点噪声的加工方法主要是基于时间复用原理(zhang c，zhang j，chenr，et al.rapid fabrication of high-resolution multi-scale microfluidic devicesbased on the scanning of patterned femtosecond laser[j].optics letters，2020，45(14)：3929-3932.)在同一个位置使用不同相位的空间整形飞秒激光进行多次加工，利用不同相位的图案化光场来弥补彼此的斑点噪声缺陷，效率较低；或优化初始相位条件(zhang c，hu y，du w，et al.optimized holographic femtosecond laser patterningmethod towards rapi
技术实现思路
1、本专利技术针对上述相位全息空间整形光场中斑点噪声破坏加工结构完整性的问题，提出了一种基于加权反馈复振幅约束的高质量激光图案化加工方法。该方法通过额外的相位约束消除相位不匹配导致的散斑噪声，通过振幅加权反馈因子提高算法的收敛能力，通过能量加权反馈因子精准调控加工所用能量效率，最终实现了能量效率灵活可调、无斑点噪声的高均匀度强脉冲飞秒激光大面积高效率图案化加工。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
3、基于加权反馈复振幅约束的高质量激光图案化加工方法，具体步骤如下：
4、步骤一、创建待加工图案对应的目标振幅矩阵和目标相位矩阵；根据加工光路中空间光调制器液晶单元大小、聚焦物镜分辨率、物镜通光孔径等物理参数，得到slm平面离散空间坐标系uov和全息面离散空间坐标系xoy；将待加工图案代入全息面坐标系xoy中获得全息面目标振幅矩阵aaim(x，y)，其中待加工区域标记为1，其他背景区域标记为0；根据目标振幅矩阵中待加工图案区域像素大小，构建含有相位调控因子k的二次相位函数，代入slm平面坐标系xoy中得到目标相位矩阵
5、
6、其中m和n分别为目标振幅矩阵中待加工区域在x和y方向上的像素长度；i为虚数。
7、步骤二、创建初始化全息面光场矩阵；光场矩阵内含有振幅矩阵和相位矩阵两项信息，将目标振幅矩阵aaim(x，y)中待加工图案区域元素值赋给全息面振幅矩阵aout(x，y)中对应元素；引入背景区域振幅，设置为0.2；将目标相位矩阵元素值赋值给全息面相位矩阵则全息面光场矩阵eout(x，y)的表达式为：
8、
9、其中，exp()代表以e为底的指数函数。
10、步骤三、创建初始化振幅反馈矩阵m和能量反馈因子η：
11、m1(x，y)＝1，η1＝η0
12、其中，下标数字1代表振幅反馈矩阵m和能量反馈矩阵η的更新次数为1，η0为加工区域的目标能量效率。
13、步骤四、使用振幅反馈矩阵m和能量反馈因子η对全息面光场矩阵eout(x，y)内的振幅项aout(x，y)进行加权反馈振幅约束，获得修正后全息面振幅矩阵a′out(x，y)：
14、
15、其中，下标j数字代表振幅反馈矩阵m和能量反馈矩阵η的更新次数为第j次，和分别为待加工区域和背景区域求和的算子。
16、步骤五、对全息面光场进行相位约束；使用目标相位矩阵元素值替换全息面光场矩阵eout(x，y)中相位项在待加工图案区域内对应元素值，最终获得修正后全息面光场矩阵e′out(x，y)：
17、
18、步骤六、计算全息面光场矩阵e′out(x，y)反向衍射到slm平面处对应的slm平面光场矩阵；对e′out(x，y)进行傅里叶逆变换，得到slm平面光场矩阵ein(u，v)；使用实际入射激光的振幅矩阵a0替换ein(u，v)中的振幅项；得到修正后slm平面光场矩阵e′in(u，v)：
19、
20、其中，f-1(x)为傅里叶逆变换算子，| |为对应振幅项的取模算子。
21、步骤七、计算slm平面光场衍射到全息面处的全息光场矩阵；对slm平面光场e′in(u，v)进行傅里叶变换，得到更新后的全息光场矩阵eout(x，y)：
22、eout(x，y)＝f[e′in(u，v)]
23、其中，f(x)为傅里叶变换算子。
24、步骤八、更新振幅反馈矩阵m；基于全息光场矩阵eout(x，y)内振幅项aout(x，y)的波动情况，更新振幅反馈矩阵在待加工区域内的元素值，则更新后的振幅反馈矩阵m为：
25、
26、其中，<>代表对符号内矩阵元素取平均值。
27、步骤九、更新能量反馈因子η；基于全息光场矩阵在待加工图案区域内的光强能量与周围背景区域光强能量的比值，更新能量反馈因子η：
28、
29、其中，∑()为求和算子。
30、步骤十、重复步骤四至九，直到全息面光场均匀度满足加工需求；计算完成后，基于slm平面相位矩阵生成全息图，将全息图加载在空间光调制器内获得高均匀度加工光场，最终获得高质量的激光加工图案。
31、上述方案中，相位调控因子k与期望能量效率η0的选取与加工光场均匀度和材料加工能力有关。相位调控因子k过小时会导致全息光场计算过程中频谱泄露，图案中心区域振幅能量缺失；相位调控因子k过大会导致高频信息丢失，图案边缘发生模糊。与之类似的，能量效率η过高时，全息光场中振幅和相位趋近于被完全限制，算法难以对光场信息进行灵活调控；能量效率过低时，激光能量密度低于材料加工阈值导致无法加工。因此在实际操作中需根据实际聚焦条件和材料阈值的要求选取合适的相位调控因子和期望能量效率。
32、有益效果
33、1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于加权反馈复振幅约束的高质量激光图案化加工方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.基于加权反馈复振幅约束的高质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，李韬拥，李晓炜，王志鹏，张向宇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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