本书主要利用空间光调制器的可编程特性，分析其模拟光栅、透镜、轴锥镜等光学器件的原理，并利用这些器件实现灵活的光场调控。本书介绍的光场调控技术主要有：将单光束变为能量、数量、位置可控的二维和三维空间多光束；将光束聚焦成轴向光强可控的线光束；将圆形高斯光束整形为高均匀性、高能量利用率的多形状光束和自加速光束；将线偏振光变换为多偏振态光和涡旋光等。这些技术的应用主要有：半导体晶圆切割、多截面成像、二维码的高效加工、不同偏振态在材料中的加工等。
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国家自然科学基金面上项目“基于光学相移与多波长干涉的跨尺度微形貌测量方法研究
目录
前言
第1章 概述 1
1.1 光场调控的意义 1
1.2 光场调控对激光加工的影响 1
1.3 超快激光加工中需要的光场调控技术 3
参考文献 5
第2章 空间光调制器特性分析 7
2.1 空间光调制器的结构 7
2.2 相位调制原理 8
2.2.1 动态散射效应 9
2.2.2 电控双折射效应 9
2.2.3 相变效应 10
2.3 液晶空间光调制器相位误差 11
2.3.1 像素间串扰误差 13
2.3.2 空间非均匀相位误差 13
2.3.3 时域波动误差 13
2.4 基于泽尼克多项式的波像差校正 13
参考文献 15
第3章 利用空间光调制器模拟光学器件 16
3.1 透镜 16
3.2 一维光栅 17
3.2.1 二元光栅 17
3.2.2 闪耀光栅 19
3.2.3 正弦光栅 22
3.3 二维光栅 23
3.3.1 等占空比的正交光栅 23
3.3.2 占空比变化的正交光栅 32
3.3.3 棋盘光栅 40
3.4 轴锥镜 42
3.4.1 用CGH模拟正轴锥镜 43
3.4.2 用CGH模拟负轴锥镜 46
3.4.3 轴锥镜模拟结果分析 47
3.4.4 用空间光调制器模拟负轴锥镜 49
3.5 菲涅耳镜 50
3.6 数字复用透镜 51
参考文献 53
第4章 轴向光强调控技术 55
4.1 零阶贝塞尔光束的基本性质 55
4.2 轴锥镜生成贝塞尔光束轴向光强分布理论分析 57
4.2.1 平行光入射轴锥镜生成贝塞尔光束 57
4.2.2 高斯光入射轴锥镜生成贝塞尔光束 60
4.3 曲面轴锥镜对轴向光强的调控分析 61
4.3.1 曲面透镜调控轴向光强原理 61
4.3.2 振幅透过率函数理论 62
4.3.3 非直线轴锥镜的实验结果分析 65
4.4 基于高次曲面的轴向光强调控方法 68
4.4.1 理论分析 68
4.4.2 仿真结果 71
4.4.3 实验设计与实验装置 76
4.4.4 实验结果与分析 76
4.5 角度偏转控制方法 78
4.5.1 理论分析 78
4.5.2 仿真结果 83
4.5.3 实验设计与实验装置 85
4.5.4 实验结果与分析 85
4.6 贝塞尔阵列控制方法 87
4.6.1 贝塞尔阵列生成 87
4.6.2 贝塞尔阵列数值仿真 94
4.6.3 贝塞尔阵列实验 98
4.6.4 多贝塞尔轴向光强的进一步调控 101
4.7 高阶贝塞尔光束的调控方法 102
4.7.1 高阶贝塞尔光束的特性 103
4.7.2 螺旋相位板和轴锥镜组合 105
4.7.3 螺旋相位和锥面相位叠加 106
参考文献 108
第5章 空间多焦点调控技术 110
5.1 常用多焦点的调控方法 110
5.1.1 GL算法 110
5.1.2 GS算法 111
5.1.3 GSW算法 113
5.1.4 算法的优化及存在的理论问题 114
5.2 基于图像反馈的二维多焦点调控方法 115
5.2.1 基于图像反馈的二维多焦点调控原理 115
5.2.2 多光束数量实验 117
5.3 三维空间多焦点调控方法 122
5.3.1 基于图像反馈的3D-GS算法原理 122
5.3.2 空间三维多焦点调控实验 126
5.4 焦线与多焦点共光路设计 132
5.5 多焦点球差校正 133
参考文献 135
第6章 光束整形方法 137
6.1 光束整形方法概述 137
6.1.1 折射整形方法 138
6.1.2 衍射整形方法 139
6.1.3 光束整形方法总结 142
6.2 光束整形质量评价指标 142
6.3 几何稳相法光束整形 143
6.3.1 几何稳相法光束整形原理 143
6.3.2 几何稳相法求解调制相位 144
6.3.3 编码相位全息图 147
6.3.4 仿真模拟 148
6.3.5 影响几何稳相法光束整形质量的因素分析 151
6.4 光栅掩膜法光束整形 153
6.4.1 光栅掩膜法光束整形原理 153
6.4.2 整形光束的成像范围 156
6.4.3 高质量整形光束的动态转换 157
6.4.4 不同光栅对整形光束质量的影响 159
6.5 组合光栅掩膜法光束整形 161
6.5.1 组合光栅掩膜法实验分析 161
6.5.2 外部光栅的影响 162
6.5.3 内部光栅的影响 164
6.5.4 实验结果与分析 166
6.6 不同方法整形质量的比较 169
6.6.1 几何稳相法和组合光栅掩膜法整形结果 169
6.6.2 几何稳相法和组合光栅掩膜法与传统光束整形方法对比 170
参考文献 172
第7章 光束偏振态控制方法 176
7.1 光束偏振态的基本理论 176
7.1.1 理论分析 176
7.1.2 光束的四种偏振态 177
7.1.3 基于空间光调制器的光束偏振态控制方法 178
7.2 不同偏振态在飞秒激光柔性电路板打孔的实验分析 185
7.2.1 柔性电路板单脉冲飞秒激光损伤阈值实验结果与分析 187
7.2.2 不同偏振光能量对孔径大小的影响 188
7.2.3 不同偏振光对烧蚀程度的影响 189
7.2.4 不同偏振光对圆度的影响 190
7.2.5 偏振光加工实例分析 191
7.3 超连续光谱产生的条件及理论分析 192
7.3.1 自相位调制原理 192
7.3.2 超连续光谱产生理论 193
7.3.3 实验设计与实验装置 194
7.3.4 实验结果与分析 194
7.4 不同偏振态对成丝加工的影响 197
7.4.1 飞秒激光成丝理论 197
7.4.2 实验设计与实验装置 199
7.4.3 实验结果与分析 200
参考文献 200
第8章 自加速光场调控技术 203
8.1 自加速光场原理 203
8.2 相位全息图位置对艾里光束的影响 205
8.2.1 相位全息图水平方向移动对艾里光束的影响 206
8.2.2 相位全息图竖直方向移动对艾里光束的影响 208
8.3 相位全息图偏转角对艾里光束的影响 210
8.4 光强可控艾里光束的实现方法 212
参考文献 214
第9章 多截面成像方法 217
9.1 多截面成像原理 217
9.2 高时间分辨的多截面显微成像 221
9.3 高时间分辨多界面成像实验 224
9.3.1 多平面同时成像实验1 224
9.3.2 多平面同时成像实验2 226
9.4 多截面全息成像控制方法 229
9.4.1 全息图制作方法 229
9.4.2 基于层的全息图制作方法 229
9.5 基于加权优化的多截面成像方法 230
9.5.1 基于角谱法的多截面成像算法 230
9.5.2 基于加权优化的多截面成像算法 231
9.5.3 成像质量评价 232
9.6 多截面全息成像实验研究 234
参考文献 236
第10章 二维码并行加工 238
10.1 二维码的特征分析 239
10.1.1 DM二维码 239
10.1.2 QR二维码 240
10.2 二维码激光加工评价与分区方式 240
10.2.1 二维码激光加工评价 240
10.2.2 二维码激光加工分区 242
10.3 DM码激光并行加工 244
10.3.1 圆点直径对识读时间的影响 244
10.3.2 灰度等级对识读时间的影响 246
10.3.3 DM码加工实验 247
10.4 QR码参数对识别率的影响分析 248
10.4.1 加工填充率对识别率的影响 248
10.4.2 对比度对识别率的影响 249
10.4.3 实验结果与分析 250
参考文献 252
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