飞秒激光烧蚀硅晶等离子体光斑集成小波处理

针对飞秒激光烧蚀硅晶片微结构产生的等离子体光斑图像中的噪声及光斑亮度信号噪声,分别采用多尺度小波阈值方法进行去噪。首先,用CCD相机连续记录烧蚀过程中的等离子体光斑,并转化为序列图像;其次,采用多尺度小波分解对等离子体光斑目标图像进行小波系数提取,去除图像中包含的噪声干扰,再经小波逆变换实现图像的重构;再次,对滤波后的光斑图像进行亮度特征提取,获得光斑序列图像的连续亮度变化曲线;最后,对光斑序列亮度曲线再次进行小波分解、系数提取及信号重构,使不同烧蚀区间的光斑亮度平均信噪比提高了19.74%,获得了平滑的光斑亮度特征变化曲线。

利用光斑图像特征确定飞秒激光有效烧蚀焦距

为确定飞秒激光光束对微尺度结构的烧蚀深度,研究了给定功率条件下对应的激光束有效烧蚀焦距。提出采用激光焦点处获得的烧痕阵列图像及在离焦状态下提取烧痕图像特征,通过分析图像特征与离焦距离,获得激光束有效烧蚀焦距范围的方法。在激光束焦点附近的硅晶片表面烧蚀出斑痕阵列,向下逐渐减小焦距,采集硅晶片斑痕图像,提取斑痕平均像素面积及斑痕目标与背景之间的R分量灰度差,获得斑痕像素面积及灰度差随激光束焦距变化的曲线;向上逐渐增大焦距,提取并获得斑痕像素面积及灰度差随激光束焦距变化的曲线。结合激光束向下离焦阈值(633μm)及向上离焦阈值(993μm),确定20mW输出功率条件下,飞秒激光在硅晶片材料表面的有效烧蚀深度为360μm。采用中位值方法确定了激光束在硅晶片表面聚焦时的焦距为0.823mm。实验表明,激光烧蚀斑痕像素面积及灰度差与激光束焦距之间的关系能够客观地反映激光束有效烧蚀焦距的变化范围。