CN110225829A - 用于激光标记基底的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种激光标记系统包括至少一个控制器，用于在激光源和扫描头之间控制光学设备的阵列。所述阵列将激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案应用到基底，用于在预定的时间间隔内以相对于基底中热扩散速率的功率沉积速率来实现激光射束的与第一强度不同的第二强度，以利用所述部分的所选图案对基底位置进行热学加热。所述第二强度实现基底材料的碳化，以产生标记而无烧蚀。

Description

用于激光标记基底的系统和方法

背景技术

本文中的实施例一般地涉及激光标记系统和方法，并且更具体地涉及这样的用于对纸张基底进行标记的系统和方法。

基于纸张的产品的标记和包装典型地通过如下来被完成：对材料层进行烧蚀，所述材料即墨，用于暴露在下面的不同颜色的层，从而提供对比度。该过程不需要操作者的灵巧。仅仅需要确保有足够的激光能量用于移除顶层并且没有太多能量以免于烧穿后续层。因而，操作者确定对于烧蚀所需要的阈值功率或能量，并且确保激光打印机在该阈值以上运作。

然而，存在如下基底材料：所述基底材料没有可区分的子层，所述子层允许烧蚀单独的层中之一。在这些情况中，标记通过颜色改变来被完成，所述颜色改变通过激光能量所激励的化学反应引发。白色的打印机纸张正是这样的基底。使用标准C02激光标记系统来标记白色复印机纸张将产生经烧蚀的标记，所述经烧蚀的标记在颜色上是浅棕的并且具有拙劣的对比度。这样的标记对于用户而言一般是不可接受的。在大多数情况中，增大激光功率/能量使得标记更浅并且减小对比度，正与所期望的效果相反。因为烧蚀移除表面材料，所以标记的仅有的可见指示来自从该处被烧的部分蒸发的纸张纤维的端部，以及变黄的木质素粘合剂。

纸张是由以下各项的混合物所组成的多组分基底：纸张纤维（纤维素）或纸浆、粘合剂（木质素）、处理化学物、着色剂、填充剂以及修整化学物。这些化学物是自然以及合成材料的混合物。用于引发纸张中颜色改变的一种方式是通过纤维或粘合剂的碳化，而没有纤维或粘合剂的后续蒸发。碳化发生在取决于材料的窄温度范围中。常见的复印机纸张将在200 – 250℃的温度范围中碳化。技术挑战是如何以这样的方式在空间和时间上控制纸张的温度使得碳化产生所期望的打印图像。此外，通过熔化粘合剂并且不使它蒸发，熔化的粘合剂包住在表面上形成的任何碳化，从而增强印记的耐久性。至今为止，激光标记系统和方法通常不实际控制纸张的温度以在不使粘合剂蒸发的情况下产生图像。因此，被烧过的纸张纤维被暴露，从而使得图像易被弄脏。

发明内容

实施例包括方法（一个或多个）和系统，其用于以这样的方式沉积激光能量使得使基底提升到恰当的碳化温度，并且同时最小化加热区域，用于产生所期望的斑点大小。

实施例的一方面包括用于对基底进行激光标记的方法，包括：相对于激光标记系统的扫描头来定位基底，所述激光标记系统具有激光源，所述激光源生成具有预定功率和预定持续时间的激光射束；以及产生具有第一强度的激光射束。所述方法包括通过至少一个控制器来在激光源和扫描头之间控制光学设备的阵列，用于将激光射束的所接收的空间剖面（profile）的部分的所选图案应用到基底，用于在预定的时间间隔内以相对于基底中热扩散速率的功率沉积速率来实现激光射束的与第一强度不同的第二强度，以利用所述部分的所选图案对基底位置进行热学加热。第二强度实现基底材料的碳化，而没有产生标记的烧蚀。

所述方法的实施例可以此外包括通过如下来控制激光射束脉冲形状：在激光射束源和扫描头之间提供激光射束调制器设备，以及控制所述激光射束调制器设备以控制与激光射束脉冲形状相关联的一个或多个激光脉冲特性。激光射束脉冲特性可以包括峰值强度、脉冲宽度、下落时间和上升时间。

实施例的另一方面包括一种激光标记系统，其具有用于经由基底的组分的碳化来标记基底的扫描头，包括：激光源，所述激光源生成具有预定功率、第一空间剖面和预定持续时间的激光射束。所述系统包括用于产生具有第一强度和所接收的空间剖面的激光射束的构件；以及在激光源之间的光学设备的阵列。至少一个控制器在激光源和扫描头之间控制光学设备的阵列，用于将激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案应用到基底，用于在预定的时间间隔内以相对于基底中热扩散速率的功率沉积速率来实现激光射束的与第一强度不同的第二强度，以利用所述部分的所选图案对基底位置进行热学加热，其中第二强度实现基底材料的碳化，以产生标记。

附图说明

在以上简要陈述的更具体的描述将参考其特定实施例被提出，所述特定实施例在附图中被图示。

理解到这些附图仅仅描绘典型的实施例并且因此不应被视为限制其范围，将通过使用附图、利用附加的特异性和细节来描述和解释实施例，在所述附图中：

图1图示了图形显示高斯激光射束脉冲。

图2图示了具有传感器的激光标记系统的示意图。

图3图示了包括脉冲形状调制器或射束调制器的透射型实现方式的激光标记系统的框图。

图4图示了包括脉冲形状调制器或射束调制器的反射型实现方式的激光标记系统的框图。

图5图示了激光射束的标准高斯空间剖面的激光射束图案的表示。

图6图示了在一个维度上被拉长的图5的激光射束的表示。

图7图示了具有被投影在其上的经拉长的射束的光学设备的线性阵列的表示。

图8A图示了使用反射型设备的阵列的激光标记系统。

图8B图示了使用透射型设备的阵列的激光标记系统。

图9图示了被应用到光学元件的线性阵列的强度剖面的表示。

图10图示了来自图9的光学元件的所选图案的经修改的强度剖面的表示。

图11A图示了在扫描方向上的未经修改的（标准）激光射束的应用。

图11B图示了所扫描的像素化的激光射束的应用。

图12图示了用于实现碳化以产生标记的两像素扫描图案的图形表示。

图13A图示了具有透射型光学元件的阵列的脉冲成形调制器的框图。

图13B图示了具有倾斜的反射型光学元件的脉冲成形调制器的框图。

图13C图示了具有光学元件的多维阵列的脉冲成形调制器的框图。

图14图示了具有反射型光学元件的阵列的脉冲成形调制器的框图。

图15图示了计算设备的框图。

图16图示了用于无烧蚀的受控碳化标记的方法。

图17图示了用于激光射束脉冲形状的预修改的方法。

图18图示了激光射束的像素化方法。

具体实施方式

在本文中参考所附各图来描述实施例，其中贯穿各图使用同样的参考标号来标明类似或等同的元素。各图不是按比例绘制的，并且它们被提供仅仅用于图示本文中所公开的方面。以下参考用于说明的非限制性示例应用来描述若干所公开的方面。应当理解到，众多具体细节、关系和方法被阐明以提供对本文中所公开的实施例的充分理解。然而，相关领域普通技术人员将容易地认识到，可以在没有一个或多个具体细节或利用其它方法的情况下实践所公开的实施例。在其它实例中，公知的结构或操作没有被详细示出以避免使本文中所公开的方面模糊。实施例不受动作或事件的所图示的定序所限制，因为一些动作可以按不同的次序和/或与其它动作或事件并发地发生。此外，不需要所有图示的动作或事件来实现根据实施例的方法。

尽管阐明宽范围的数值范围和参数是近似值，但是特定非限制性示例中所阐明的数值尽可能精确地被报告。然而，任何数值固有地包含某些误差，所述误差必定产生自在其相应的测试测量中所发现的标准偏差。此外，本文中所公开的所有范围不应被理解为包括被归入其中的任何和全部子范围。例如，“小于10”的范围可以包括在最小值零和最大值10之间（并且包括它们）的任何和全部子范围，也就是说，具有等于或大于零的最小值以及等于或小于10的最大值的任何和全部子范围，例如1到4。

本发明的实施例的发明人已经确定了通过控制在纸张基底处激光射束的功率沉积速率来实现激光能量脉冲的预定强度，纸张基底可以通过纸张材料的碳化被有效地标记，而不使纸张基底的树脂材料碳化。如在本文中所使用的术语“纸张”或“纸张基底”意指除了其它成分之外尤其由纤维素材料和粘合剂、诸如树脂所组成的任何基底。因此，纸张基底可以包括例如薄片纸张或较厚的纸张，诸如纸板包装。如本文中所使用的术语“纸张材料”意图是指纸张基底的纤维素材料。注意到，虽然本文中所述的实施例的示例可以是指纸张基底，但是实施例不这样被限制，并且本发明可以覆盖与纸张基底不同的碳化基底。也就是说，通过控制如本文中所述的激光射束的功率沉积速率，基底的材料可以有效地被碳化以生成图像，而不有害地影响图像或基底。用于对纸张进行碳化以供利用激光参数的精确规范来进行打印的特定应用被视为新颖的，至少对于这些发明人而言。

图1图示了图形显示高斯激光射束脉冲。例如，关于图1，图形地图示了三个高斯激光脉冲，其具有在水平轴上以任意单位（a.u.）的径向距离，以及在垂直轴上以任意单位（a.u.）的强度。线L表示对于基底碳化而言所需要的以任意单位（a.u.）的阈值强度。脉冲1A在脉冲中具有与1B和1C中相同量的能量，但是在强度上较低，并且具有较长的脉冲宽度。该激光脉冲从未达到用于碳化的阈值，并且将不标记。脉冲1C具有过度的强度，并且可能会使材料蒸发，从而留下浅棕标记。脉冲1B具有刚刚超过用于碳化的阈值的强度，并且将留下所期望的标记。

图2图示了具有至少一个传感器22的激光标记系统10的示意图。激光标记系统10在不使用任何附加的外部光学设备的情况下直接控制从激光所发射的激光能量。

对基底进行激光加热的过程是公知的。因而，发明人已经发现了对不同基底的激光加热可以被分析性地建模。激光在设定量的时间内用所定义的量的功率来照射基底。该能量中的一些（功率 X 时间）被基底吸收，并且被转换成热。通过功率沉积速率以及基底中热扩散的速率乘热导率来确定温度上升。金属基底需要在短时间段中所递送的高峰值功率脉冲来在金属的高热导率扩散激光能量之前提升温度。另一方面，由于相对长的扩散时间，纸张在较长时间段中需要非常小的功率。

激光标记系统10可以包括激光源12，其用于生成激光射束14，所述激光射束14被传输到扫描头16。控制器18被提供，其与激光源12以及扫描头16进行信号通信。扫描头16包括检流计镜件以及聚焦的光学器件（未被示出），用以控制激光射束14朝向纸张基底20的射束路径，以用于在纸张基底20的标记场内的功率沉积。

系统10还可以包括传感器22，诸如机器视觉系统，其可以检测在基底20上所生成的标记。例如，传感器22可以检测在所生成的标记与没有被标记的基底部分之间的颜色对比度。传感器22与控制器18进行信号通信，所述控制器18可以包括存储器设备并且可以被编程以比较标记的所检测的参数与如下的所存储的数据：所述所存储的数据涉及预定阈值对比度参数或所期望的对比度的范围。在所检测的对比度在所期望的阈值以上或以下或者不在优选范围内的程度上，控制器18与激光源12进行信号通信，用以调整以上提及的脉冲参数，用于控制基底20处的激光能量沉积的速率。所述对比度是碳化对比度水平。

系统10的控制器18可以被编程以比较所检测或测量的颜色对比度与对比度的下和上阈值，并且响应于在阈值以上或以下的所检测的对比度来传输信号。系统10被配置成迭代地对基底进行加热，直到在基底上实现了碳化而没有烧蚀并且具有所期望的碳化对比度水平为止。

总而言之，激光标记系统10利用峰值功率、脉冲宽度和上升时间的特定脉冲特性来驱动激光，以实现所期望的标记结果。将会为不同类型的纸张或基底特别地限定脉冲特性。

由于来自激光源的激光射束可以被直接控制以用于宏脉冲成形修改，于是外部光学设备（在激光源外部）可以用于执行微脉冲成形。这样的光学设备将会用于调整输入激光射束的峰值功率、脉冲宽度、下落时间和上升时间。作为非限制性示例，光学设备可以是透射型、折射型或反射型的，并且可以是以电光（EO）调制器、声光（AO）调制器、空间光调制器（SLM）或金属材料调制器（MM）的形式。另一射束调制器可以包括液晶（LC）调制器。在图3和4中示出了可能的实现方式。

图3图示了包括脉冲形状调制器或射束调制器124的透射型实现方式的激光标记系统100A的框图。图4图示了包括脉冲形状调制器或射束调制器124'的反射型实现方式的激光标记系统100B的框图。在图3和4中所示的实施例中，激光标记系统100A、100B包括激光源112，所述激光源112被配置成产生激光射束114。激光源112被耦合到控制器118或计算设备，用于控制激光射束114的参数。作为非限制性示例，激光源112可以控制激光射束的脉冲宽度、输出速率、下落时间和上升时间。换言之，激光源112被控制以执行宏脉冲成形修改，用以产生标记。

在本文中关于所公开的实施例中任一个所描述的激光源112可以包括准连续波激光器（具有恒定功率但是可变和可控持续时间的激光输出）；超级脉冲激光器（具有中等高功率以及较短、可控的持续时间以及受限的脉冲频率）；或者Q-开关型激光器（具有非常高的峰值功率、非常短的持续时间、以及可变脉冲频率）。可以考虑其它激光源。

激光源可以是诸如CO2的气体激光器或者诸如YAG的固态激光器，或者可以包括二极管激光器或其它半导体类型的激光器，或者可以包括纤维激光器。可以在0.3微米到大约20微米、以及优选地从大约9.0微米到大约11微米的波长范围内发射光。

激光标记系统100A和100B包括脉冲成形调制器124、124’，所述脉冲成形调制器124、124’被配置成通过如下来控制基底120处的激光功率沉积速率：将激光射束114的第一部分114A反射、折射或衍射到扫描头116，并且将激光射束的第二部分114B反射、折射或衍射到激光射束吸收设备132，无限制地诸如碳块或碳黑阳极化管。脉冲形状调制器或射束调制器124、124’可以受控制器118或计算设备控制，如将关于图10、13A-13C和14更详细地描述的。关于图15详细描述计算设备。在一些实施例中，可以用衍射光学元件取代折射光学元件以改变激光射束的方向。

为了本发明的目的，调制器被限定成是如下一种材料：所述材料当被外部信号激励的时候，改变其材料性质中的一个或多个，使得冲击在材料上的光的射束具有其经修改的大小和/或相位。优选的激励信号将会是电子信号，但是也可以是光激励、热学激励、声学激励、或其它类型的电磁激励。可以被改变的材料性质将会包括例如介电常数、磁导率、导电性、极化性或结晶度。在优选的实施例中，改变的大小和改变的速率将可受激励信号控制。对改变大小的控制允许从材料反射/透射通过材料的光的大小的控制，即衰减。以类似的方式，对材料性质的改变速率的控制允许控制在冲击的光束的大小方面的改变的上升时间和下落时间。

调制器124或124’可以包括单片材料，或它可以包括材料的单独受控的片段（像素）的阵列。单片将与射束的整个宽度相互作用，并且在整个光束上均匀地起作用。相反，像素的阵列将会各自在射束的小部分上起作用，所述小部分在此处被标示为小射束。每个小射束将会具有其经修改的大小和相位（相对于邻接的像素），使得从材料反射的/透射通过材料的复合射束现在包括图像或图案。

脉冲成形调制器设备可以包括MOEM（微光学-电子-机械）设备。MOEM可以包括微镜件阵列（光学元件），诸如Texas Instruments（德州仪器）®数字微镜件设备（DMD）。每个光学元件的像素大小比传入的射束直径小得多。光学元件可以是反射型光学设备。光学元件可以包括微光学器件和MEM（微机电）设备的组合。

脉冲成形调制器设备可以包括SLM（空间光调制器）。SLM可以包括单独可寻址的像素（光学元件），所述单独可寻址的像素被配置成是透射性（液晶）或反射性（LCOS——硅上的液晶）的。光学元件可以控制冲击的光的大小和/或相位。

脉冲成形调制器设备可以包括EO（光电）元件。EO元件可以包括晶体材料，所述晶体材料当被电场激励的时候使用偏振来使激光射束衰减。

脉冲成形调制器设备可以包括AO（声光）元件。AO元件可以包括晶体材料，所述晶体材料使用声学激励来改变晶体的折射率，从而修改激光射束的大小和相位。大小改变可以包括开、关、或通过衰减而在开（全大小冲击材料）和关（零大小）之间的其它中间大小。

脉冲成形调制器设备可以包括LC（液晶）光学元件。光学元件的液晶性质可以被配置成在激励下改变极化性。单个设备将会使所反射的/透射的射束衰减。液晶阵列可改变所反射/透射或折射的射束的大小和相位，从而产生所期望的图案。

脉冲成形调制器设备可以包括PCM（相位改变材料）光学元件。PCM包括宽类材料，其经历相位改变（例如金属/绝缘体、晶体/非晶），所述相位改变可以用于修改整个射束的大小或小射束的大小和相位。示例将会是石墨烯或通常存在于热窗（thermal window）中的氧化钒化合物。

脉冲成形调制器设备可以包括由超材料制成的光学元件。超材料是人造材料，其具有不存在于自然材料中的材料性质。超材料可以是大块或表面材料，并且可以包括以上技术中的一些。例如，在诸如透镜之类的光学设备上的微结构化的表面层可以包含被夹在两个薄的、但是光学地透射和传导的层之间的石墨烯层。通过跨石墨烯层而施加电压，可以控制通过光学设备的透射或自光学设备的反射率。

图13A图示了具有透射型光学元件1351、1352、1353、1354、1355、1356、1357和1358的阵列的脉冲成形调制器1324的框图。透射型光学元件的阵列包括8个元件。然而，这是为了说明性目的。透射型元件的阵列可以具有任何数目的元件，包括但不限于数十个光学元件、数百个光学元件、或数千个光学元件。

透射型光学元件1351、1352、1353、1354、1355、1356、1357和1358的阵列各自单独地经由控制器1318而可控。控制器1318可以耦合到控制信号生成器（CSG）1341、1342、1343、1344、1345、1346、1347和1348。每个相应的一个CSG 1341、1342、1343、1344、1345、1346、1347和1348可以响应于来自控制器1318的控制信号或电子信号。CSG 1341、1342、1343、1344、1345、1346、1347和1348可以生成电子信号、光激励、热学激励、声学激励、其它类型的电磁激励、或其它控制信号之一，以控制对应的一个CSG被耦合到的透射型光学元件1351、1352、1353、1354、1355、1356、1357和1358的至少一个光学性质。光学性质可以包括物理性质或材料性质中的改变。物理性质可以包括使光学元件倾斜。材料性质可以包括：例如介电常数、磁导率、导电性、极化性或结晶度。在一些实施例中，改变的大小和改变的速率将可受激励信号控制。对激光射束或小射束的强度的大小的控制可以通过从材料被反射、折射或透射通过材料的光的衰减来被控制。

在一些实施例中，透射型光学元件1351、1352、1353、1354、1355、1356、1357和1358可以被控制以改变光学性质和物理性质二者。例如，“关”的透射型光学元件可以将冲击在其上的激光射束指引到射束吸收器832，以用于吸收激光强度的该部分。

图13B图示了具有倾斜的反射型光学元件的脉冲成形调制器1324B的框图。假定反射型光学元件1361、1362、1363、1364、1365、1366、1367和1368的阵列可以具有第一物理定向，用于将冲击在光学元件上的激光射束的所接收的空间剖面直接反射到射束吸收器1332。换言之，反射型光学元件1361、1362、1363、1364、1365、1366、1367和1368可以被配置成单独地倾斜。作为非限制性示例，DMD可以被配置成使光学元件倾斜±12°。虽然反射型光学元件被描述为被倾斜以改变激光射束或激光小射束的传播方向，但是在一些实施例中，反射型光学元件可以由如下材料制成：所述材料改变其反射率以在特定的方向上反射激光射束或激光小射束。

反射型光学元件1361、1362、1363、1364、1365、1366、1367和1368的阵列可以具有第二物理定向，用于将冲击在光学元件上的激光射束的所接收的空间剖面直接反射到扫描头1316。术语“第一”和“第二”用于参照系或用以标示参照点。术语“第一”物理定向不是在“第二”物理定向之上优选的。

可以产生激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案以实现与激光射束的所接收的强度不同的第二强度。此处，在该示例中，反射型光学元件1361、1363、1365和1368被定向成反射到反射吸收器1332。此处，在该示例中，反射型光学元件1362、1364、1366和1367被定向成将冲击在其上的激光射束反射到扫描头1316。反射型光学元件1362、1364、1366和1367被选择为激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案，用以实现与激光射束的所接收的强度不同的第二强度。CSG 1341、1342、1343、1344、1345、1346、1347和1348可以生成电子信号、光激励、热学激励、声学激励、其它类型的电磁激励、或其它控制信号之一，以控制CSG被耦合到的光学元件1351、1352、1353、1354、1355、1356、1357和1358的至少一个光学性质。

图13C图示了脉冲成形调制器1324C的框图，其具有在第一行中的光学元件1371-1378、在第二行中的光学元件1381-1388以及在第三行中的光学元件1391-1398的多维阵列。这些光学元件可以是透射型、反射型和/或折射型的。在第一行中的光学元件1371-1378、在第二行中的光学元件1381-1388以及在第三行中的光学元件1391-1398单独地受控制信号生成器1340的阵列所控制。

图14图示了具有反射型光学元件的阵列的脉冲成形调制器的框图。反射型光学元件1451、1452、1453、1454、1455、1456、1457和1458的阵列各自单独地经由控制器1418而可控。控制器1418可以耦合到控制信号生成器（CSG）1441、1442、1443、1444、1445、1446、1447和1448。此处，每个光学元件1451、1452、1453、1454、1455、1456、1457和1458的材料性质被控制以将冲击的激光射束折射到扫描头1416或射束吸收器1432之一。

光学元件1452、1454、1456和1457将激光射束中它们的部分指引到扫描头1416。光学元件1451、1453、1455和1458将激光射束中它们的部分指引到射束吸收器1432。光学元件1452、1454、1456和1457表示所产生的激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案，用以实现与激光射束的所接收的强度不同的第二强度。

可以考虑其它这样的调制手段。另外，射束成形光学器件可以被利用以将诸如来自激光源112（图3或图4）的高斯射束转换成顶帽（top-hat）、或圆环形的空间分布，然后利用调制器来修改时间分布，如将关于图8A和8B更详细地描述的。这提供对被沉积在基底120上的能量的甚至更多控制。

在一些实施例中，所有光学元件可以被配置成将冲击的光倾卸（dump）到射束吸收器。控制信号将选择光学元件的图案以透射到、反射到或折射到扫描头。换言之，初始，光学元件被初始化，以倾卸到射束吸收器。

在一些实施例中，所有光学元件可以被配置或初始化以将冲击的光透射、反射或折射到扫描头。控制信号将选择光学元件的图案以将冲击的光透射、反射或折射到扫描头，并且其余部分（未被选择）将倾卸到射束吸收器。

图8A图示了使用反射型设备的阵列的激光标记系统800A。图8B是使用透射型设备的阵列的射束激光标记系统800B。将关于图5-7、9-10以及11A-11B来描述激光标记系统800A或800B的操作。在图8A的实施例中，脉冲成形调制器824A可以包括反射型设备、诸如以上提及的MOEM、LCD、SLM或PCM的阵列，用于控制被沉积或递送到基底的功率。

图5图示了激光射束的标准高斯空间剖面的激光射束图案500的表示。图6图示了在一个维度上拉长的图5的激光射束的激光射束图案600的表示。所述拉长可以通过（一个或多个）射束成形光学元件在激光源之后、但是在调制器或集成到调制器中之前完成。图7图示了具有被投影在其上的经拉长的射束的光学设备751-758的线性阵列的表示。在图示中，跨光学设备751-758的激光射束的强度变化使得每个光学设备被配置成透射或反射其自己的冲击在其上的强度。在一些实施例中，每个光学设备751-758可以具有冲击在其上的相同的强度。

假定来自激光源812的初始激光射束图案具有高斯空间剖面。激光源812可以根据宏脉冲成形性质来改变该高斯空间剖面。高斯空间剖面是为了说明性目的，并且可以使用其它激光射束剖面。

关于图8A，激光标记系统800A可以包括脉冲成形光学器件835，所述脉冲成形光学器件835可以被定位在与激光源812成一列的位置处，但是在调制器824A之前。脉冲成形光学器件835可以将诸如来自激光源812的高斯射束转换成顶帽、或圆环形的空间分布，然后利用调制器来修改时间分布。脉冲成形光学器件835可以扩展诸如来自激光源812的高斯射束。用于扩展初始射束的空间剖面的构件可以包括变形光学元件、望远镜、或诸如具有柱形功率的单个透镜。

调制器824A可以包括光反射型设备（即图13B的光学元件1361-1368）的阵列或光折射型设备（即图14的光学元件1451-1458）的阵列，其被配置成将激光射束814划分成被指引到扫描头816的第一部分814A以及被指引到激光射束吸收设备832的第二部分814B。更具体地，一个或多个控制器818被提供以控制反射型设备（即图13B的光学元件1361-1368）的状态，用于反射激光射束814的部分，以生成第一部分814A和第二部分814B。所述一个或多个控制器818可以控制反射型设备（即图14的光学元件1451-1458）的材料的折射，用于折射激光射束814的部分，以生成第一部分814A和第二部分814B。光学元件，其无论是反射型、折射型或透射型的，各自将所接收的（初始）激光射束划分成激光小射束，该激光小射束有时被称为像素化的射束。单独的小射束的数目等于光学设备的数目。

另外，每个反射型设备（即图13B的光学元件1361-1368）被配置成包括反射型阵列，诸如以上提及的镜件或微镜件阵列，用于生成第一激光部分814A的小射束，该第一激光部分814A的小射束可以被称为被递送到扫描头816的像素化的射束。折射型设备可以包括光学元件1451-1458（图14），所述光学元件1451-1458包括液晶像素，用于生成第一激光部分814A的小射束，该第一激光部分814A的小射束可以被称为被递送到扫描头816的像素化的射束。

设备阵列的每个反射型、折射型或透射型的设备限定像素。如以下关于用于在基底上生成标记的方法所描述的，控制器818和扫描头816被配置成跨基底的标记场而扫描经像素化的射束，用于在标记场内生成图像。

图8B是使用调制器824B的射束激光标记系统800B，所述调制器824B具有透射型设备（或光学元件）的阵列，所述透射型设备（或光学元件）被控制以使光透射通过其中，或使冲击在每个光学元件上的光衰减使得光被阻断。在一些实施例中，透射型设备（或光学元件）的阵列可以改变透射通过其中的光束的强度或大小。例如，未被选择的光学元件可以被控制以使冲击在其上的射束的100%衰减，并且被选择的其它光学元件可以使光衰减0%。在其它实施例中，所选的光学元件中的一个或多个可以使光衰减一个量，用于按小于100%衰减但是大于0%的量改变光强度的大小。

现在参考图5-7、8A-8B、9、10、11A-11B以及12来描述总体方法或过程。参考图5，初始从源812生成具有初始空间剖面的激光射束814。例如，图5表示具有高斯空间剖面的激光射束图案500。在一些实施例中，具有柱形功率的透镜例如在一个维度上扩大激光射束114的空间剖面，如在图6和图7中那样，以对应于具有反射型、折射型或透射型设备的阵列的调制器824A或824B的尺寸。

图9图示了被应用到调制器的光学元件的线性阵列的（所接收的）强度剖面900的表示。图10图示了来自图9的光学元件的所选图案的、用于引发基底820上的材料的碳化而无烧蚀的经修改的强度剖面1000的表示。调制器824A可以在调制器的光学元件处接收经伸展的射束814，如图9中最佳地看见的。可替换地，调制器824B可以在光学元件或透射型设备处接收经伸展的射束。在图8A和图13B的实施例中，小射束从可移动的反射型设备或光学元件的阵列反射离开。可替换地，经伸展的射束814可以通过透射型设备的阵列被衍射或折射。仍另外地，经伸展的射束814可以通过折射型设备或光学元件的阵列被衍射或折射。

在任何情况中，第一射束部分814A作为经像素化的射束被透射到扫描头816，所述经像素化的射束包括多个小射束或所选的射束图案，如图10中所示。另外，射束814的第二部分814B（未被选择）被透射到激光射束吸收设备832。反射型、折射型或透射型设备可具有两个定位（二进制）或连续的定位。阵列可以是二维（2-D）阵列，以用于更复杂的射束操纵，如图13C中所示。

参考图10，单独的反射型、折射型或透射型设备的定位被控制，使得可以生成任何线性开/关图像图案。“关”状态的设备将射束814的第二部分或激光功率反射、折射或透射到射束吸收设备832（射束倾卸），并且“开”的设备将第一部分814A反射或透射到扫描头816。图10示出了结果得到的所选图案的示例。

如从图10的图案可见，所选光学元件的图案被选择以产生多个激光小射束脉冲特性，包括峰值强度、脉冲宽度、下落时间和上升时间。在图案中，从左向右移动，第一“开”像素具有第一脉冲宽度以及第一强度。第二“开”像素通过一个像素而与第一“开”像素分离，并且具有第二脉冲宽度和第二强度。第一脉冲宽度和第二脉冲宽度可以是相同的。然而，第一强度和第二强度可以是不同的。下一个“开”像素或第三“开”像素通过一个像素而与第二“开”像素分离，但是直接与第四“开”像素相邻。因而，第三“开”和第四“开”是两个并排的小射束或像素，其共同形成具有受控的脉冲宽度的小射束。

在第一“开”像素或小射束与第二“开”像素或小射束之间的一个像素分离可以是在小射束应用之间的必要热学分离。热学分离可以是热扩散和基底的热导率的函数。虽然仅一个像素或小射束被示出为热学分离的基础，但是可以使得其它数目的小射束“关”以用于对于防止特定位置处的过度加热而言所必要的热学分离。热学分离还可以是被应用在诸如特定扫描行上的特定小射束的强度的函数。

作为非限制性示例，可以在图案中选择三个、四个或五个相邻的小射束或像素，以产生三个、四个或五个小射束或像素的脉冲宽度。来自激光小射束群组的一组相邻的小射束生成具有变化的脉冲宽度的激光射束。此外，小射束中的任一个可以被选择以用于与其相关联的强度。在一些实施例中，所有小射束可以是未被选择的小射束，其作为所确定的图案的部分。在其它实施例中，取决于标记，所有小射束可以被选择为所确定的图案的部分。描述具有变化的脉冲宽度的所有可能组合是代价过高的。脉冲宽度变化和图案可以受光学元件的数目所限制。强度变化是在调制之前的初始激光射束脉冲形状和任何后续脉冲成形中的变化的函数。选择小射束的图案以实现基底材料的碳化，而没有产生标记的烧蚀。相应一个小射束被应用到基底上的相应一个位置。在一些实施例中，时间上分离的小射束的序列被应用到基底的相同位置，以在没有烧蚀的情况下通过材料的碳化来使标记变暗。

此外，选择相邻的第三和第四“开”的小射束还选择该小射束群组的上升和下落。例如，在系列光学元件中选择其它相邻的小射束将会使得不同的上升时间和下落时间利用相邻小射束的数目被选择或控制，从而实现针对该群组的射束脉冲宽度。

图11A图示了在扫描方向上的未经修改的（标准）激光射束1100A的应用。图11B图示了基于被应用到基底的单个图案的所扫描的经像素化的激光射束的应用。

图12图示了用于实现碳化以产生标记的两像素扫描图案1200的图形表示。图12表示以时间/扫描行所分离的12行小射束图案的序列。小射束的图案被移位或变更使得一序列的小射束被应用到相同位置，用于在没有烧蚀的情况下通过材料的碳化来以与基底的所期望的对比度形成标记。

打印机的扫描头被控制以用与用于标准激光标记系统的相同方式跨纸张基底的标记场并且在所述标记场内滑刷（swipe）或扫描图10的经像素化的射束或图案。控制单独的镜件与打印机扫描仪以及待打印的消息同步。通过这样做，在扫描期间通过使用动态图案而在基底上产生了静态图案。

图12示出如下示例：如何在大体上较长的时间内将两个像素的静态图案暴露在基底上，从而产生相同的图案，就好像起始射束被扫描过一样。

每像素的暴露时间随着阵列中镜件的数目线性增加，并且因此基底上的能量线性增大。这使过程加速，并且提供用于控制基底加热的手段。通过使用该途径，你可以通过使用无烧蚀的碳化来产生任何所期望的图案，以在基底上产生任何图像。

该概念可以被扩展以包括2D镜件阵列。所有“关”的像素将会被指引到射束吸收器倾卸中。这允许激光器以连续波（CW）模式运作，从而提供更好的功率稳定性。高速开关的镜件确定图案生成的速度，而不是CO2激光源的慢得多的上升时间和下落时间。也就是说，典型CW CO2激光器的相对慢的上升和下落时间可以通过使用高速镜件而被有效提高，以修改脉冲形状。

注意到，通过碳化斑点的大小而不是最佳聚焦的斑点大小来确定所打印的分辨率。该方法允许碳化斑点小于所投影的像素的尺寸。因为镜件可以被定位成高得多的分辨率，所以多像素暴露的子像素定位产生子像素大小的碳化斑点。这是在超分辨率相机中所使用的已知技术。

可以通过使用超脉冲激光器或q-开关的激光器来完成速度中的进一步增强。快速激光器与镜件阵列的同步将会允许激光功率的100%利用，并且最小化镜件的停延时间。

图15图示了计算设备1550的框图。控制器118（图3）还可以是计算设备1550或可以是与主计算设备对接的分离的处理器。激光标记系统100A、100B、800A或800B的控制器118以及下述实施例的控制器可以是单个控制器或多个控制器，其用于控制本文中所公开的激光标记系统的不同组件。如本文中所使用的术语“控制器”意指如下电子电路：所述电子电路实施计算机程序的可执行指令，其根据如指令所指定的算术、逻辑、控制和输入/输出（I/O）操作。例如，在一些实施例中，控制器118还可以被编程以作为比例积分导数（proportional-integral-derivative，PID）控制器而执行，用于比较所检测或测量的颜色对比度与对比度的下和上阈值，并且响应于在阈值以上或以下的所检测的对比度来传输信号。

所述系统可以包括碳化模型1570，其用于生成所接收的空间剖面的部分的所选图案，以基于基底材料的碳化组分而产生受控的功率沉积。碳化模型1570可以包括多个基底类型（或纸张类型）1572、按类型的热导率1574以及按类型的热扩散1576。模型1570可以基于基底1578的移动速率以及标记1579的组分。所述组分可以包括日期、时间、字母数字字符或其它标示。其它参数可以包括激光射束的第一强度以及初始激光射束的脉冲形状。基底中的热扩散可以基于基底的热导率。

所述系统可以包括用于每个扫描行1、行2、行X的微脉冲成形图案生成器1580。每行将会包括至少一个小射束，其中每个小射束具有脉冲宽度1582、用以定义上升时间1584和下落时间1586的在系列光学元件中的位置。例如，阵列中对第一光学元件的选择具有与阵列中对最后的光学元件的选择不同的上升和下落时间。每个射束还具有强度1588。强度可以在一些实施例中诸如通过衰减来被控制。小射束的群组基于如被选择的系列光学元件中的哪些被选择的相邻小射束而将会具有其自己的脉冲宽度以及上升和下落时间。

计算设备1550可以包括一个或多个处理器1552以及在硬驱动器1554中的系统存储器。取决于计算设备的确切配置和类型，系统存储器可以是易失性的（诸如RAM 1556）、非易失性的（诸如只读存储器（ROM 1558）、闪速存储器1560等等）或其某种组合。系统存储器可以存储操作系统1564、一个或多个应用，并且可以包括用于执行本文中所述的一个或多个操作、功能、方法和过程的程序数据。

计算设备1550还可以具有附加的特征或功能性。例如，计算设备1550还可以包括附加的数据存储设备（可移除和/或不可移除的），诸如例如磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可以包括易失性的和非易失性的、非暂时性的、可移除的和不可移除的介质，其以用于数据存储的任何方法或技术来被实现，所述数据诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。系统存储器、可移除的存储装置和不可移除的存储装置都是计算机存储介质的所有示例。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、电可擦除只读存储器（EEPROM）、闪速存储器或其它存储器技术、光盘只读存储器（CD-ROM）、数字通用盘（DVD）或其它光学存储装置、磁性卡带、磁带、磁盘存储装置或其它磁性存储设备，或可以用于存储所期望的数据并且可以被计算设备访问的任何其它物理介质。任何这样的计算机存储介质可以是设备的部分。

计算设备1550还可以包括或具有用于（一个或多个）输入设备（未被示出）的接口，所述输入设备诸如键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等等。计算设备1550可以包括或具有用于连接到（一个或多个）输出设备的接口，所述输出设备诸如显示器1562、扬声器等等。计算设备1550可以包括用于连接到外设的外围总线1566。计算设备1550可以包含（一个或多个）通信连接，所述（一个或多个）通信连接允许设备诸如通过网络或无线网络与其它计算设备通信。作为示例而不是限制地，（一个或多个）通信连接可以包括有线介质、诸如有线网络或直接布线的连接，以及无线介质、诸如声学、射频（RF）、红外和其它无线介质。计算设备1550可以包括用于（有线或无线地）连接到网络的网络接口卡1568。

为了开发便利，用于实施上述操作的计算机程序代码可以用各种编程语言来被编写，包括但不限于高级编程语言，诸如C或C++。另外，用于实施本文中所述的实施例的操作的计算机程序代码还可以用其它编程语言来被编写，诸如但不限于解译语言。一些模块或例程可以用汇编语言或甚至微代码来被编写以增强性能和/或存储器使用。另外将领会到，程序模块中任何或全部的功能性还可以通过使用以下各项来被实现：分立的硬件组件、一个或多个专用集成电路（ASIC）、或经编程的数字信号处理器（DSP）或微控制器。用来描述实施例的程序的代码可以作为固件被包括在RAM、ROM和闪速存储器中。否则，代码可以被存储在有形的计算机可读存储介质、诸如磁带、柔性盘、硬盘、光盘、光电磁盘、数字通用盘（DVD）中。

图16图示了用于无烧蚀的受控碳化标记的方法。现在将更详细地描述用于通过碳化来标记基底的方法步骤。可以用所示出的框次序或不同的次序来执行本文中的方法。可以同时地执行方法框。可以添加或删除其它框。

用于对基底进行激光标记的方法1600可以包括在框1602处相对于激光标记系统的扫描头来定位基底，所述激光标记系统具有激光源（即激光源112或812），所述激光源（即激光源112或812）生成具有预定功率和预定持续时间的激光射束。可以通过激光源处的宏脉冲成形控制来改变用于形成脉冲形状的预定功率和持续时间。方法1600可以包括在框1604处产生具有第一强度的激光射束。方法1600可以包括在框1606处通过至少一个控制器（即控制器118或818）来在激光源和扫描头（即扫描头116或816）之间控制光学设备的阵列，用于将激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案应用到基底（即基底120或820），用于在预定的时间间隔内以相对于基底中热扩散速率的功率沉积速率来实现激光射束的与第一强度不同的第二强度，以利用所述部分的所选图案对基底位置进行热学加热，其中第二强度实现基底材料的碳化，而没有产生标记的烧蚀。

方法1600可以包括在框1608处通过光学设备的阵列将未被选择的激光小射束指引到射束吸收器（即吸收器132或832）；以及在框1608处通过吸收器来吸收被指引到那里的未被选择的激光小射束。

方法1600可以变更冲击在光学设备上的光学剖面。图17图示了用于激光射束脉冲形状的预修改的方法1700。

现在参考图17，用于在调制之前变更空间剖面的方法1700可以包括在框1702处扩展具有第一空间剖面的激光射束以产生所接收的空间剖面，该所接收的空间剖面具有来自激光射束的相对于第一强度的经扩展的空间强度剖面。方法1700可以包括在框1704处将经扩展的空间强度剖面指引到具有光学设备阵列的射束调制器。

图18图示了激光射束的像素化方法1800。现在参考图18，用于通过调制来使空间剖面像素化的方法1800可以包括在框1802处利用光学设备的阵列来使激光射束的经扩展的空间强度剖面像素化，以产生分立的激光小射束。方法1800可以包括在框1804处利用具有经像素化的空间强度剖面的分立的激光小射束中的所选小射束、以功率沉积速率来将功率沉积在基底上，所选小射束形成激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案。在一些实施例中，利用具有经像素化的空间强度剖面的所选小射束来沉积功率包括在小射束图案中选择小射束，其提供热学分离来补偿在向基底820的功率应用的位置处的热扩散。

所述方法可以此外包括在框1806处通过扫描头816来在跨多行的标记场中对扫描图案中的具有经像素化的空间强度剖面的部分的所选图案进行扫描，其中扫描头816的镜件被控制以暴露标记场内的基底820，用于通过材料的碳化来在标记场内生成标记。在框1808处，具有经像素化的空间强度剖面的部分的所选图案按扫描图案中的行（图12）而变化，以对准一行的小射束与扫描图案的后续扫描行，其中通过被应用到基底上相同应用位置的经对准的激光小射束的序列来实现材料的碳化。

用于产生受控功率沉积的所接收的空间剖面的部分的所选图案基于基底材料的碳化组分、基底移动速率、激光射束的第一强度、基底的热导率以及标记内容，其中基底中的热扩散基于基底的热导率。所选图案可以基于碳化模型1570。

功率沉积速率可以基于激光射束脉冲特性，所述激光射束脉冲特性包括：在小射束或小射束群组之间的分离以及与每个小射束或小射束的组合（相邻的小射束群组）的激光射束脉冲形状相关联的峰值强度、脉冲宽度、下落时间和上升时间。

所述系统被配置成控制射束调制器设备，以控制光学设备的阵列中的一个或多个光学设备的选择，用于生成所接收的空间剖面的部分的所选图案，以实现没有烧蚀的碳化。

在一些实施例中，激光标记系统100A、100B、800A和800B可以包括被耦合到控制器和计算机视觉系统的传感器，如关于图2中所描述的。因而，在一些实施例中，所述方法可以此外包括通过传感器来感测在基底上所生成的标记的状况；以及通过与传感器和激光源进行信号通信的至少一个控制器来控制响应于所检测到的标记状况而通过所接收的空间剖面的部分的所选图案被应用到基底以实现基底材料的进一步碳化的功率沉积的持续时间；以及重复感测直到实现最终碳化水平为止。

虽然已经在以上描述了各种所公开的实施例，但是应当理解到，它们仅仅作为示例而不是限制地被呈现。对于本文中所公开的主题的众多改变、省略和/或添加可以根据本文中所公开的实施例被做出，而不偏离实施例的精神或范围。而且，在不偏离实施例的精神和范围的情况下，等同物可以替代其元素。另外，虽然特定特征可以关于若干实现方式中仅仅一个被公开，但是这样的特征可以与其它实现方式的一个或多个其它特征组合，如对于任何给定的或特定的应用而言可以是所期望和有利的那样。

此外，可以做出许多修改以使特定情形或材料适应实施例的教导，而不偏离其范围。因此，本文中所提供的主题的宽度和范围不应当被以上明确描述的实施例中的任一个限制。相反，应当根据以下权利要求及其等同物来限定实施例的范围。

Claims (21)

1.一种用于对基底进行激光标记的方法，包括：

相对于激光标记系统的扫描头来定位基底，所述激光标记系统具有激光源，所述激光源生成具有预定功率和预定持续时间的激光射束；

产生具有第一强度的激光射束；以及

通过至少一个控制器来在激光源和扫描头之间控制光学设备的阵列，用于将激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案应用到基底，用于在预定的时间间隔内以相对于基底中热扩散速率的功率沉积速率来实现激光射束的与第一强度不同的第二强度，以利用所述部分的所选图案对基底位置进行热学加热，其中第二强度实现基底材料的碳化，而没有产生标记的烧蚀。

2.根据权利要求1所述的方法，此外包括：

扩展具有第一空间剖面的激光射束以产生所接收的空间剖面，其具有来自激光射束的相对于第一强度的经扩展的空间强度剖面；

将经扩展的空间强度剖面指引到具有光学设备阵列的射束调制器；

利用光学设备的阵列来使激光射束的经扩展的空间强度剖面像素化，用于产生分立的激光小射束；以及

利用具有经像素化的空间强度剖面的分立的激光小射束中的所选小射束、以功率沉积速率来将功率沉积在基底上，所选小射束形成激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案。

3.根据权利要求2所述的方法，其中利用具有经像素化的空间强度剖面的所选小射束来沉积功率包括在小射束图案中选择小射束，其提供热学分离来补偿在向基底的功率应用的位置处的热扩散。

4. 根据权利要求2所述的方法，此外包括：

通过扫描头来在跨多行的标记场中对扫描图案中的具有经像素化的空间强度剖面的部分的所选图案进行扫描，其中扫描头的镜件被控制以暴露标记场内的基底，用于通过材料的碳化来在标记场内生成标记；并且

其中具有经像素化的空间强度剖面的部分的所选图案按扫描图案中的行而变化，以对准一行的所选小射束与扫描图案的后续扫描行的所选小射束，其中通过被应用到基底上应用位置的经对准的所选小射束的序列来实现材料的碳化。

5.根据权利要求2所述的方法，其中光学设备的阵列包括反射型设备和折射型设备之一；并且

此外包括：

通过光学设备的阵列来将未被选择的激光小射束指引到射束吸收器；以及

通过吸收器来吸收被指引到那里的未被选择的激光小射束。

6.根据权利要求1所述的方法，其中用于产生受控功率沉积的所接收的空间剖面的部分的所选图案基于基底材料的碳化组分、基底移动速率、激光射束的第一强度、基底的热导率以及标记内容，其中基底中的热扩散基于基底的热导率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中功率沉积速率基于激光射束脉冲特性，所述激光射束脉冲特性包括与激光射束脉冲形状相关联的峰值强度、脉冲宽度、下落时间和上升时间。

8. 根据权利要求6所述的方法，其中控制光学设备的阵列包括：

在激光射束源与扫描头之间提供具有光学设备阵列的射束调制器设备；以及

控制射束调制器设备，以控制光学设备的阵列中的一个或多个光学设备的选择，用于生成所接收的空间剖面的部分的所选图案，以实现没有烧蚀的碳化。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述射束调制器设备包括以下各项之一：微光学电子机械调制器、光电调制器、声光调制器、空间光调制器、液晶调制器、硅上液晶调制器、微机电调制器、相变材料调制器、微机电调制器、以及超材料空间光调制器。

10.根据权利要求1所述的方法，其中光学设备的阵列相关联于射束调制器设备，所述射束调制器设备包括以下各项之一：微光学电子机械调制器、光电调制器、声光调制器、空间光调制器、液晶调制器、硅上液晶调制器、微机电调制器、相变材料调制器、微机电调制器、以及超材料空间光调制器。

11.根据权利要求1所述的方法，此外包括：

通过传感器来感测在基底上所生成的标记的状况；

通过与传感器和激光源进行信号通信的至少一个控制器来控制响应于所检测到的标记状况而通过所接收的空间剖面的部分的所选图案被应用到基底以实现基底材料的进一步碳化的功率沉积的持续时间和速率；以及

重复感测直到实现最终碳化水平为止。

12.一种用于经由基底组分的碳化来对基底进行标记的、具有扫描头的激光标记系统，包括：

激光源，其生成具有预定功率、第一空间剖面和预定持续时间的激光射束；

用于产生具有第一强度和所接收的空间剖面的激光射束的构件；以及

在激光源之间的光学设备的阵列；以及

至少一个控制器，其用于在激光源和扫描头之间控制光学设备的阵列，以将激光射束的所接收的空间剖面的部分的所选图案应用到基底，用于在预定的时间间隔内以相对于基底中热扩散速率的功率沉积速率来实现激光射束的与第一强度不同的第二强度，以利用所述部分的所选图案对基底位置进行热学加热，其中第二强度实现基底材料的碳化，以产生标记。

13.根据权利要求12所述的系统，此外包括射束调制器，所述射束调制器具有光学设备的阵列，

其中用于产生具有第一强度和所接收的空间剖面的激光射束的构件包括用于进行以下的构件：扩展第一空间剖面以产生所接收的空间剖面，其具有来自激光射束的相对于第一强度的经扩展的空间强度剖面；以及将经扩展的空间强度剖面指引到射束调制器；

光学设备的阵列使激光射束的经扩展的空间强度剖面像素化以产生分立的激光小射束；并且

其中所述控制器生成与所接收的空间剖面的部分的所选图案对应的所选小射束的受控功率沉积。

14. 根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器利用具有经像素化的空间强度剖面的所选小射束来控制功率沉积，并且其中在小射束图案中选择所述所选小射束，其提供热学分离来补偿在向基底的功率应用的位置处的热扩散。

15.根据权利要求13所述的系统，其中所述扫描头被配置成在跨多行的标记场中对扫描图案中的具有经像素化的空间强度剖面的部分的所选图案进行扫描，其中扫描头的镜件被控制以暴露标记场内的基底，用于通过材料的碳化来在标记场内生成标记；并且

其中具有经像素化的空间强度剖面的部分的所选图案按扫描图案中的行而变化，以对准一行的所选小射束与扫描图案的后续扫描行的所选小射束，其中通过被应用到基底上应用位置的经对准的所选小射束的序列来实现材料的碳化。

16.根据权利要求13所述的系统，其中光学设备的阵列包括反射型设备和折射型设备之一；并且

此外包括：

射束吸收器；以及

控制器，其被配置成控制光学设备的阵列以将未被选择的激光小射束指引到射束吸收器，其中所述射束吸收器吸收被指引到那里的未被选择的激光小射束。

17.根据权利要求12所述的系统，其中用于产生受控功率沉积的所接收的空间剖面的部分的所选图案基于基底材料的碳化组分、基底移动速率、激光射束的第一强度、基底的热导率以及标记内容，其中基底中的热扩散基于基底的热导率。

18.根据权利要求16所述的系统，其中功率沉积速率基于激光射束脉冲特性，所述激光射束脉冲特性包括与激光射束脉冲形状相关联的峰值强度、脉冲宽度、下落时间和上升时间。

19.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置成控制射束调制器设备，以控制光学设备的阵列中的一个或多个光学设备的选择，用于生成激光小射束的子集，以实现没有烧蚀的碳化。

20.根据权利要求16所述的系统，其中所述射束调制器设备包括以下各项之一：微光学电子机械调制器、光电调制器、声光调制器、空间光调制器、液晶调制器、硅上液晶调制器、微机电调制器、相变材料调制器、微机电调制器、以及超材料空间光调制器。

21.根据权利要求12所述的系统，其中光学设备的阵列相关联于射束调制器设备，所述射束调制器设备包括以下各项之一：微光学电子机械调制器、光电调制器、声光调制器、空间光调制器、液晶调制器、硅上液晶调制器、微机电调制器、相变材料调制器、微机电调制器、以及超材料空间光调制器。