(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211193981.7 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 广西科技大 学 地址 545026 广西壮 族自治区柳州市城中 区东环大道 268号 申请人 西安中科微精光子科技股份有限公 司 (72)发明人 王国富　杨小君　贾小波　崔书婉　 王小红　莫韬　刘宴升　周瑾　 李宏达　谢先明　覃觅觅　陈华金　 李俊明　李红立　梁焕勇　 (74)专利代理 机构 广西中知华誉知识产权代理 有限公司 45140 专利代理师 吴震辉(51)Int.Cl. B23K 26/382(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方 法 (57)摘要 本发明公开了一种飞秒激光极端微孔加工 的在线监控方法， 包括飞秒 激光加工光路模块和 飞秒激光极端微孔加工在线监控装置， 所述的飞 秒激光极端微孔加工在线监控装置是一种在线 扫频OCT监控模块， 该飞秒激光在线监控装置可 以实现飞秒激光加工过程中超高精度在线实时 监 控 ，利 用 光 学 相 干 成 像 技 术 (OpticalCoherenceTomogr aphy， OCT)实现如下 实时在线测量精度， 测量精度： 2.5μm； 测量范围 (最大测量长度)： 6mm； 测量方式： 在线实时测量； 中心波长： 1310nm； 扫频速度： 20kH z。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115533347 A 2022.12.30 CN 115533347 A 1.一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 采用飞秒激光极端微孔 加工在线监控装置和飞秒激光加工光路模块在飞秒激光加工工件精密加工过程中精确 监 控加工精度； 所述的飞秒激光极端微 孔加工在线监控 装置是一种在线扫频OCT监控 模块； 所述的飞秒激光加工光路模块用于对被加工 工件(17)进行精密加工； 所述的飞秒激光加工光路系统， 包括协同控制模块、 激光器控制模块、 光束偏转控制模 块、 光束平 移控制模块以及扫描分布、 速度、 激光功率、 锥度参数控制模块(26)； 在飞秒激光器输出光路上， 依次设置有扩束模块的凸透镜(2)和凹透镜(3)、 全反射棱 镜(1)、 偏转光楔组的上偏转光楔(25)、 下偏转光楔(24)、 平行平板组上平板(23)、 平行平板 组下平板(22)、 聚焦透镜(18)， 最终光束达到被加工工件(17)上， 扩束模块由凹透镜(3)和 凸透镜(2)组成； 激光器控制 模块控制飞秒激光器(4)， 光束偏转控制 模块控制其中的偏转 光楔组的上偏转光楔(25)和下偏转光楔(24)， 光束平移控制模块控制平行平板组上平板 (23)和平行平板组下平板(22)； 激光器控制模块、 光束偏转控制模块、 光束平移控制模块通 过数据线与 协同控制模块连接， 协同控制模块通过数据线与工控机(5)连接； 控制入射的飞 秒激光光束依次通过所述激光器控制模块、 光束偏转控制模块、 光束平移控制模块、 聚焦镜 后对被加工 工件(17)进行微 孔加工； 所述的在线扫频OCT监控模块用于在飞秒激光加工工件精密加工过程中精确监控加工 精度， 包括扫频光源(9)、 光纤耦合器I(8)、 循环器I(7)、 偏振控制器I(6)、 准直镜II(19)、 准 直镜III(21)、 偏振控制器II(10)、 循环器II(11)、 准直镜I(12)、 凸透镜(13)、 全反射镜 (14)、 光纤耦合器II(16)、 平衡探测器(15)和工控机(5)， 扫频光源(9)输出的近红外光经过 光纤耦合器I(8 )后分为监控光路和参考光路， 循环器I(7)、 偏振控制器I(6)、 准直镜II (19)、 准直镜III(21)依次设置在监控光路上， 且监控光路能够依次经过加工光路上的分色 镜(20)和聚焦透镜(18)照射至被加工工件(17)上， 偏振控制器II(10)、 循环器II(11)、 准直 镜I(12)、 凸透镜(13)、 全反射镜(14)依次设置在参考光路上， 光纤耦合器II(16)、 平衡探测 器(15)和工控机(5)依次连接， 且光纤耦合器I I(16)连接循环器I(7)和循环器I I(11)。 2.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所 述的激光器控制模块包括沿光路方向依次设置的扩束器和全反射棱镜， 所述扩束镜 设置在 所述飞秒激光器出射面上， 所述全反射棱镜设置在所述扩束镜的出射面上； 所述全反射棱 镜的下方依次垂直分布有所述 光束偏转控制模块、 光束平 移控制模块和聚焦镜 。 3.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所 述的激光器出射的光束先经过扩束器对光束进行扩束准直， 然后经过偏转光楔组后与光轴 产生一个 ±5°的夹角， 再经过平行平板组产生 ±6mm的平移， 再经过聚焦透镜聚焦于偏离光 轴±6cm距离的焦平 面上， 当偏转光楔组和平行平板组同步高速转动， 焦平 面上会形成圆形 轨迹， 通过实时改变光楔相对偏转角度和平行平板相对转动角度实现大深径比及锥度可控 微孔的加工 。 4.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所 述上偏转光楔(25)和下偏转光楔(24)的楔角≤ ±5°， 并且上偏转光楔(25)和下偏转光楔 (24)之间具有气体间隙， 上偏转光楔(25)和下偏转光楔(24)绕光轴相对转动， 光束经过光 楔后会与光轴产生一个夹角， 该夹角等于两个偏转光楔的合成角度； 当两个偏转光楔的楔权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115533347 A 2角方向相反， 这时产生的偏转角度为0 °， 双光楔的作用相当于平行平板， 光线仅产生上下位 置的微小偏移量； 当两个偏转光楔的楔角方向相同， 既两个偏转光楔的相对转动为 180°， 此 时产生的偏转角最大为单光楔产生偏转角的2 倍； 若两个光楔相对转动角度为360 °， 则产生 反向的最大偏转角。 5.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所 述上偏转 光楔(25)和下偏转 光楔(24)的旋转轴以及光轴两 两互相垂直。 6.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所 述平行平板组上平板(23)和平行平板组下平板(22)为厚度相等的平行平板； 所述平行平板 组上平板(23)和平行平板组下平板(22)相互平行设置， 且平行平板组上平板(23)和平行平 板组下平板(2 2)相对于水平方向倾 斜的角度范围为0～ 90°。 7.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所 述扫频光源(9)的中心波长为1.3 μm、 光谱宽度为80nm、 在频率扫描中重复频率 为20kHz。 8.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所 述扫频光源(9)是采用钽铌酸钾的电光晶体作为扫描输出波长的驱动器。 9.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所 述经过分色镜(20)经由芯径 为8.2 μm的循环器I(7)与加工光路一起汇聚到三轴移动的电机 台上的被加工 工件(17)上。 10.根据权利要求1所述的一种飞秒激光极端微孔加工的在线监控方法， 其特征在于： 所述光纤耦合器(16)是 带有SMF耦合器。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115533347 A 3