用于激光加工中的超快自动对焦

在激光制造中，适应不平坦或不断变化的表面传统上是劳动密集型的，涉及复杂的聚焦映射过程或异位表征。这通常会导致重新定位错误和延长处理时间。

为了解决这些问题，激光加工中的超高速自动聚焦技术已经发展起来。然而，大多数自动聚焦技术仍然需要电动载物台的机械运动。光束传播轴上的机械运动可能比横向速度慢得多，从而减缓了表面检测和重新对准的过程。此外，它需要反馈、控制和传感方法来确定光学焦点位置。

最新发表在《光：科学与应用》杂志上的一篇论文中，由美国普林斯顿大学机械与航空航天工程系克雷格·B·阿诺德教授领导的一个研究小组开发了一种快速方法，可以同时跟踪表面的特定位置并调整光学系统的焦距。他们采用了轴向变焦光学元件，特别是TAG透镜，其工作频率为0.1-1 MHz，绕过了光束传播方向上机械运动的延迟。

用于自动对焦的动态 z 扫描工作原理图示。

该团队创新性地使用动态z扫描同时进行检测和移动，而无需任何机械轴向移动。表面检测、焦点检索和制造激光脉冲发射之间的时间理论上在z扫描的两个周期内，或几微秒内，明显快于任何基于机械的重新聚焦系统与次级表面位置传感元件的组合。

该团队解释了他们的自动聚焦方法的操作原理，“我们将一个变焦透镜集成到一个由探测光束和制造光束组成的双激光束装置中。探测光束沿z轴连续扫描，其反射的时间响应与表面位置有关。”