本发明专利技术提供一种飞秒激光多焦点并行加工方法、装置与光纤光栅刻写方法，在空间光调制器上叠加多个闪耀光栅模板全息图，将一束飞秒激光分成特性相同的多束飞秒激光，每一束分束光均具有与分束前的飞秒激光相同的相位、直径等信息。通过物镜聚焦之后，在焦平面上每一束飞秒激光的焦点也拥有和原先的飞秒激光焦点相同的大小和焦深。此外每束飞秒激光仅受对应的闪耀光栅模板的作用，通过调节对应的闪耀光栅模板，可以单独调节某一束飞秒激光的相位信息，从而改变单独某一束飞秒激光的相位、位置、形态等参数，实现了加工沿飞秒激光传播方向有较长均匀改性区的微纳结构，实现了多焦点并行加工，可应用于光纤光栅等的加工。
1、飞秒激光加工技术因可进行高精度、高分辨率的加工，且几乎可以加工任何材料而广泛用于微纳结构和微器件的加工中。但是，传统的飞秒激光微纳加工技术的焦点只有一个，在制备大规模的微纳结构阵列时的时间成本巨大、生产效率低下。
2、使用微透镜阵列或衍射光学元件可将飞秒激光分为多束，经物镜或透镜聚焦之后可在焦平面获得焦点阵列，从而同时加工出多个微纳结构，是高效加工的有效途径。但这种方法的缺点是焦点分布形式固定、加工结构单一、灵活性差。空间光调制器（spatial lightmodulator, slm）是一种可调制光波前的衍射光学元件，由液晶单元调制每个像素的相位延迟从而模拟出各种光学元件，可灵活调控空间光场的相位、振幅等参数，因此，使用slm可以轻松实现灵活、可调的多焦点并行加工。
3、目前基于空间光调制器（spatial light modulator, slm）的多焦点并行加工技术已广泛应用于增材制造领域，在产生多焦点时使用的是gerchberg–saxton算法及其衍生算法，该算法是使用目标的焦点阵列图像，反向计算出空间光调制器上加载的全息图，该方法虽然可以产生拥有大量焦点的阵列，但是该方法本质上是在待加工材料的内部或表面通过相干叠加的方法产生一个点阵，因此每一束分束光的相位是紊乱的，无法对每一束光的相位进行调控，难以加工沿飞秒激光传播方向有较长均匀改性区的微纳结构，限制了多焦点并行加工的应用。
r/>技术实现思路
1、针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种飞秒激光多焦点并行加工方法、装置与光纤光栅刻写方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一方面，本专利技术提供一种飞秒激光多焦点并行加工方法，包括以下步骤：
4、确定待加工材料；
5、确定所需焦点数，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，其中产生第个焦点的闪耀光栅模板全息图的周期与第个焦点距离初始焦点的距离成负相关；第个焦点的闪耀光栅模板的旋转角度由第个焦点相对初始焦点的偏转角度确定；
6、确定待加工材料中改性区阵列在待加工材料内部或表面的位置、大小范围以及分布特征，确定组成改性区阵列的每个阵列单元的大小和形状；
7、根据所述改性区阵列中每个阵列单元的形状确定待加工材料的位移速度和位移路径；
8、根据待加工材料的性质及改性区阵列沿轴方向长度确定飞秒激光的平均功率以及飞秒激光的光束直径；
9、确定待加工材料的改性区阵列的初始加工位置；
10、平均功率、光束直径的水平偏振的飞秒激光从水平方向入射进空间光调制器进行相位调制，从空间光调制器反射出的飞秒激光被反射至轴方向，从轴方向入射并聚焦到待加工材料内部或表面，使初始焦点聚焦到初始加工位置；控制待加工材料以速度沿位移路径进行移动，完成具有所述改性区阵列形状的加工。
11、在其中一个实施例中，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
12、根据每个焦点的闪耀光栅模板全息图的周期以及闪耀光栅模板的旋转角度生成所有的等待叠加的闪耀光栅模板全息图；
13、将所有的等待叠加的闪耀光栅模板全息图叠加，叠加后得到的全息图的相位分布表示为：
14、；
15、；
16、其中表示第个闪耀光栅模板全息图的归一化占比，以保证每个焦点的功率相等。
17、在其中一个实施例中，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
18、根据每个焦点的闪耀光栅模板全息图的周期以及闪耀光栅模板的旋转角度生成所有的等待叠加的闪耀光栅模板全息图；
19、将所有的等待叠加的闪耀光栅模板全息图叠加，叠加后得到的全息图的相位分布表示为：
20、；
21、；
22、其中表示第个闪耀光栅模板全息图的归一化占比，以保证每个焦点的功率相等。
23、另一方面，本专利技术提供一种用于实现上述飞秒激光多焦点并行加工方法的装置，包括：
24、飞秒激光器，用于输出飞秒激光；
25、衰减器，用于控制飞秒激光器输出的飞秒激光功率；
26、偏振分光棱镜，用于将飞秒激光调制为水平的线偏振光；
27、准直扩束器，用于将偏振分光棱镜输出的飞秒激光准直并扩束，以使飞秒激光在保证光斑不会溢出空间光调制器的调制区域的前提下，最大限度占满空间光调制器的调制区域；
28、反射镜，用于将准直扩束器输出的飞秒激光反射到空间光调制器；
29、空间光调制器，用于对入射的飞秒激光进行相位调制，模拟出多个闪耀光栅模板全息图叠加后得到的全息图，以产生多束相位可控的飞秒激光，形成多个焦点；
30、二向色镜，用于将空间光调制器出射的飞秒激光反射出去；
31、光阑，用于滤除空间光调制器出射的飞秒激光中的杂散光，同时控制飞秒激光的光束直径；
32、物镜，用于将经光阑出射的飞秒激光聚焦于待加工材料的内部或表面，所述待加工材料固定安装在电动位移平台上，由电动位移平台控制待加工材料进行精密移动。
33、进一步地，上述装置中还包括相机，设置在二向色镜的透射光路上，相机的照明光经二向色镜透射，通过相机实时观察飞秒激光多焦点并行加工的加工过程。
34、相对于现有技术，本专利技术能够产生的技术效果是：在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，将一束飞秒激光分成特性相同的多束飞秒激光，每一束激光和分束前的飞秒激光除功率外其余参数均相同，并且每一束分束光和其他分束光在后焦面不会产生干涉，也就是说每一束分束光均具有与分束前的飞秒激光相同的相位、直径等信息。通过物镜聚焦之后，在焦平面上每一束飞秒激光的焦点也拥有和原先的飞秒激光焦点相同的大小和焦深。此外每束飞秒激光仅受对应的闪耀光栅模板的作用，通过调节对应的闪耀光栅模板，可以单独调节某一束飞秒激光的相位信息，从而改变单独某一束飞秒激光的相位、位置、形态等参数，实现了加工沿飞秒激光传播方向有较长均匀改性区的微纳结构，实现了多焦点并行加工，可应用于光纤光栅等的加工。
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【技术保护点】
1.飞秒激光多焦点并行加工方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的飞秒激光多焦点并行加工方法，其特征在于，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
3.根据权利要求1所述的飞秒激光多焦点并行加工方法，其特征在于，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
4.用于实现如权利要求1所述飞秒激光多焦点并行加工方法的装置，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括相机，设置在二向色镜的透射光路上，相机的照明光经二向色镜透射，通过相机实时观察飞秒激光多焦点并行加工的加工过程。
6.光纤光栅刻写方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的光纤光栅刻写方法，其特征在于，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
8.根据权利要求6所述的光纤光栅刻写方法，其特征在于，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
9.光纤光栅刻写方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的光纤光栅刻写方法，其特征在于，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
11.根据权利要求9所述的光纤光栅刻写方法，其特征在于，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
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【技术特征摘要】
1.飞秒激光多焦点并行加工方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的飞秒激光多焦点并行加工方法，其特征在于，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
3.根据权利要求1所述的飞秒激光多焦点并行加工方法，其特征在于，在空间光调制器上叠加个闪耀光栅模板全息图，方法如下：
4.用于实现如权利要求1所述飞秒激光多焦点并行加工方法的装置，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括相机，设置在二向色镜的透射光路上，相机的照明光经二向色镜透射，通过相机实时观察飞秒激光多焦点并行加工的加工过程。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王泽锋，赵蓉，高晨晖，武柏屹，王蒙，李昊，叶新宇，陈子伦，李智贤，马鹏飞，肖虎，杨保来，周智越，高晨心，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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