Dans la fabrication laser, l'adaptation à des surfaces non planes ou changeantes demande traditionnellement beaucoup de main d'œuvre, impliquant des procédures complexes de cartographie de mise au point et/ou une caractérisation ex situ. Cela entraîne souvent des erreurs de repositionnement et des délais de traitement prolongés.
Pour résoudre ces problèmes, une mise au point automatique ultra-rapide dans le traitement laser a été développée. Alors que la plupart des techniques de mise au point automatique nécessitent toujours le mouvement mécanique d'une platine motorisée. Ce mouvement mécanique dans l’axe de propagation du faisceau peut être considérablement plus lent que la vitesse latérale, ralentissant ainsi le processus de détection et de réalignement de la surface. De plus, cela nécessite des méthodes de rétroaction, de contrôle et de détection afin de déterminer la position focale optique.
Dans un nouvel article publié dans Light :Science &Applications , une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Craig B. Arnold du Département de génie mécanique et aérospatial de l'Université de Princeton, aux États-Unis, a développé une méthode rapide pour suivre simultanément l'emplacement spécifique d'une surface et ajuster la mise au point d'un système optique. Ils ont utilisé une optique à focale variable axiale, en particulier une lentille TAG, qui fonctionne à 0,1-1 MHz, contournant les retards dus au mouvement mécanique dans la direction de propagation du faisceau.
L’équipe a utilisé de manière innovante le balayage Z dynamique pour la détection et le mouvement simultanément sans aucun mouvement axial mécanique. Le temps entre la détection de la surface, la récupération de la mise au point et le déclenchement de l'impulsion laser de fabrication est théoriquement compris entre deux périodes de balayage Z, soit plusieurs microsecondes, ce qui est nettement plus rapide que n'importe quel système de recentrage mécanique combiné à des éléments secondaires de détection de position de surface. P>
L'équipe a expliqué le principe opérationnel de leur méthode de mise au point automatique :« Nous avons intégré une seule lentille à focale variable dans une configuration à double faisceau laser, composée d'un faisceau de sondage et d'un faisceau de fabrication. Le faisceau de sondage balaie en continu le long de l'axe z, et le la réponse temporelle de sa réflexion est liée à l'emplacement de la surface. "
"Simultanément, nous guidons le faisceau de fabrication vers la position souhaitée en déclenchant le laser de fabrication au moment approprié. Cette approche réduit les impulsions laser défocalisées et augmente la vitesse de traitement lors du traitement d'échantillons non plats ou changeants."
Les chercheurs ont également souligné le potentiel de cette technique de mise au point automatique grâce à un système de détection et de mise au point en temps réel fabriqué en laboratoire, conçu pour suivre instantanément la topographie de la surface sans aucun mouvement mécanique dans la direction z.
« Cette nouvelle solution pour l'alignement de la focalisation axiale ouvre de nouvelles possibilités pour le traitement des matériaux de surfaces non planes et variables à des vitesses élevées. Nous pensons que le passage du mouvement mécanique des éléments optiques à la mise en forme dynamique du faisceau de lumière continuera d'inspirer des applications plus intéressantes en métrologie optique. et fabrication laser 3D."
Plus d'informations : Xiaohan Du et al, Balayage Z dynamique à objectif unique pour la détection simultanée de la position in situ et le contrôle de la mise au point du traitement laser, Lumière :Science et applications (2023). DOI :10.1038/s41377-023-01303-2
Informations sur le journal : La lumière :science et applications
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
