飞秒激光烧蚀光斑图像灰度特征及应用分析

发布时间：2021-01-25 13:20

　　飞秒激光在单晶硅材料表面进行微结构烧蚀过程中,微结构的烧蚀效率与烧蚀过程的工艺参数（烧蚀功率、烧蚀速度等）密切相关。研究、揭示光斑图像特征对光斑进行精确定位和跟踪显得至关重要。据此,对烧蚀过程中衍生的等离子体光斑图像的几何特征进行分析,首先,提取序列光斑图像,研究了光斑的形态特征和灰度的分布情况;其次,对光斑图像进行质心和中心提取,利用中心到质心的指向判断其烧蚀加工方向;最后,以此为基础,选取同一加工方向的光斑进行叠加,对光晕部分有效剔除,使光斑的灰度呈各向异性对称,即光斑灰度由中心到四周逐步均匀递减,其中心和质心基本重合。能有效提高对烧蚀光斑的定位和跟踪精度,对烧蚀速度的研究有着深远意义。 

【文章来源】：激光杂志. 2020,41(06)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

飞秒激光微加工平台、烧蚀痕迹及光斑图像

在飞秒激光烧蚀单晶硅的过程中，通过CCD相机采集一个时段内的光斑视频，再批量提取序列光斑图像，可分析光斑的图像特征。在连续多帧的光斑图像中，从整体的形态来看，可大致分为三部分，如图2所示，图2(a)中光斑拖尾方向为左上，图2(b)中拖尾方向为左下，图2(c)中的光斑拖尾方向不明显，中心部分有较亮斑点。由于微弱的光斑灰度较小，不利于观察其灰度排布情况，于是，把原光斑图像的灰度矩阵设为A，首先将其中的元素转为行向量，再将灰度值为0的元素去掉，即去掉图像的黑色背景，得到矩阵A’，最终可通过矩阵A’得到三种光斑各自对应的所有像素点灰度值的排布情况。如图3所示。

由于微弱的光斑灰度较小，不利于观察其灰度排布情况，于是，把原光斑图像的灰度矩阵设为A，首先将其中的元素转为行向量，再将灰度值为0的元素去掉，即去掉图像的黑色背景，得到矩阵A’，最终可通过矩阵A’得到三种光斑各自对应的所有像素点灰度值的排布情况。如图3所示。由图3(a)和图3(b)的排布情况来看，其像素点遍布范围广，各灰度级的像素点分布比较均匀，最高灰度级在80～100之间，且顶峰偏右，左右不对称，也就是有明显拖尾现象的光斑，拖尾所占面大且导致光斑灰度分布不对称，且灰度值较大像素点集中在偏右方。而拖尾现象不明显的光斑对应的灰度值排布情况图3(c)，其像素点遍布范围小，最高灰度级相对较高，在130～140之间，整体呈尖峰状，且左右对称，也就是说拖尾现象不明显的光斑，接近对称分布，中心有较亮斑点，与周围的光晕部分灰度值相差较大。

【参考文献】：
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本文编号：2999293