CN112496531B - 一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种标印方法，具体为一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法。解决利用飞秒激光标印极小尺寸二维码存在粗糙度大、极易产生微裂纹损伤的问题，主要包括将目标二维码图案转换为相位图，并将变换后的频域图案加载于空间光调制器；开启激光器，激光光束进入加载二维码频域图案的空间光调制器，将经空间光调制器整形后形成二维码图案形状的光束聚焦后直接作用于加工面。系统主要由激光器，设置在激光器出射光路中的变倍扩束镜及分光镜，以及设置在分光镜透射光路中的空间光调制器构成，本发明可以在实现超小尺寸二维码打标的同时，确保高精度、高品质、高效率打标。

Description

一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法

技术领域

本发明涉及一种标印方法，具体为一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法。

背景技术

航空航天业在技术高度和技术密集度方面一直远远的超出民用工业。飞机制造是航空航天业中主要的一部分，也是最大的部分之一。飞机制造包括民用飞机以及通用飞机等的制造，其制造过程中要求的加工技术和加工水平都远远高于民用工业水平，关键零部件的加工技术要求会更为苛刻。其中飞机零部件的标识和追踪技术就是一项要求很高的技术。

美国国家宇航局(NASA)规定飞机零部件必须在飞机制造中使用打标追迹，跟踪零部件的生产、安装、修复和替换等。美国国家宇航局方面声明，在已发生的飞机空难中，事故原因与劣质零部件分不开，为了避免这类原因造成空难，必须对这类劣质零部件进行识别，这就不仅需要必须对飞机的零部件进行标示，还要对标示的信息进行计算机直接处理，减少转换错误，避免人为误操作造成零部件位置的错误安装或者劣质零部件的安装等。

目前采用机械震动、机械刻划和电解标印等触式打标方法只能实现简单字母及数字标印，且存在识读性及持久性差、材料受限等问题，不能满足自动装配及故障追溯的信息需求。更重要的是，针对微小部件，若采用上述接触式打标方式，会带来部件的损伤，会直接导致零部件的性能的降低或者引发飞机安全事故。因此飞机零部件的二维码标识工作是一个很迫切的工作。

普通激光标印(长脉冲激光)由于热累积效应存在重铸层、微裂纹、毛刺、气孔、再结晶等热缺陷。该缺陷会造成材料在高温高压的恶劣环境下工作时，引起开裂或者破坏从而直接产生重大事故。

飞秒激光应用在材料加工领域，具有传统机械加工、电火花加工和长脉冲激光加工没有的优势。飞秒激光加工过程是种冷加工过程，由于飞秒激光具有超高的峰值功率和作用时间极端的特点，它可以使作用在材料加工区域的物料在强磁场下造成区域电子的丢失，形成库伦爆炸机理，直接造成激光加工区域的材料蒸发，达到材料去除的目的。激光作用加工区域时，在作用集中点会产生一定的热量，但是由于飞秒激光极短的作用时间特性，在热量传递过程还未完成时，激光的作用已经结束，这就是飞秒激光作用于材料加工区域无热效应的原因。鉴于飞秒激光在材料加工领域具有这样的优势，飞秒激光加工对于传统的制造业来说是一种革新性的加工技术手段，是装备制造技术领域的一个新的里程碑。但是飞秒激光应用在常规扫描加工时，形成高斯光斑，高斯光斑加工的每一个点都为“坑状”会导致二维码标印的粗糙度较大，且容易产生微裂纹等损伤，将直接影响二维码的识读率及制造品质。

发明内容

为了解决利用飞秒激光标印极小尺寸(单字符最小可标印尺寸1μm，9mm*10^-4mm²中含不少于100个字符)二维码存在粗糙度大、极易产生微裂纹损伤的问题，本发明提供一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法及系统。对激光能量进行了全二维码范围内的匀化，使得该方法可以在实现超小尺寸二维码打标的同时，确保了高精度、高品质、高效率打标。

本发明的技术方案是提供一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、目标二维码图案转换为相位图；

将目标二维码图案进行傅里叶变换，获得其频域图案，并将变换后的频域图案加载于空间光调制器；

步骤2、获得加工深度与出光时间之间的关系；

通过工艺试验，获得加工深度与激光出光时间之间的关系；

步骤3、激光加工；

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；激光光束进入加载二维码频域图案的空间光调制器，将经空间光调制器整形后形成二维码图案形状的光束聚焦后直接作用于加工面。

进一步地，步骤3中将经空间光调制器整形后形成二维码图案形状的光束聚焦后直接作用于加工面，其中聚焦方式包括a、b两种：

a、通过在二维码频域全息图上叠加菲涅尔透镜实现聚焦；

b、通过在空间光调制器的出射光路中设置聚焦镜实现聚焦。

进一步地，为了标印不同尺寸的二维码图案，步骤3中，通过在二维码频域全息图上叠加不同焦距的菲涅尔透镜实现不同尺寸的二维码图案的标印。

进一步地，在平面表面标印时，对于尺寸大于等于200μm的二维码，为了提高标印精度，利用n束光斑为方形的激光光束实现标印，并通过在空间光调制器的出射光路中设置聚焦镜实现聚焦，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、区域分割；

将二维码图案分割为n个子二维码图案，分割的个数n＝S/D ²，其中S为二维码图案的面积，D为聚焦后每束激光光束光斑的边长；

将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；

步骤1.2、频域图案加载；

将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；

步骤3具体为：

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；利用空间光调制器将光束分为n束光斑为方形的激光光束，每束光束分别对应空间光调制器的一个子区域，将经空间光调制器每一个子区域整形后形成二维码图案形状的光束经聚焦镜聚焦直接作用于加工面。

进一步地，对于尺寸大于等于200μm的平面二维码，为了提高标印精度，利用n束光斑为方形的激光光束实现标印，并通过在空间光调制器的出射光路中设置聚焦镜实现聚焦，步骤1具体包括以下步骤：

进一步地，在平面表面标印时，对于尺寸大于等于200μm的二维码，利用n束光斑为方形的激光光束实现标印时，若通过在二维码频域全息图上叠加菲涅尔透镜实现聚焦，则步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的大小；

利用空间光调制器将激光光束分为n束光斑为方形的激光光束；

通过测距装置测量空间光调制器至待标印平面表面对应的n个分束点位置的焦距f_i，i等于1到n的正整数，其中f₁＝f₂……＝f_n；根据公式1计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长：

其中D_i为每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长，i等于1到n的正整数，D₁＝D₂……＝D_n，M为光束质量因子，D′为聚焦前的每一束激光光束光斑的边长，f_i为通过测距装置测量得到的空间光调制器至待标印平面表面对应的n个分束点位置的焦距，λ为波长，K为一个固定的因子；

步骤1.2、区域分割；

将二维码图案分割为n个子二维码图案，分割的个数n＝S/D_i ²，其中S为二维码图案的面积；

将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；

步骤1.3、频域图案加载；

将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；

步骤1.4、菲涅尔透镜频域图案加载；

在n个子二维码频域全息图上叠加焦距为f_i的菲涅尔透镜；

步骤3具体为：

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；利用空间光调制器将光束分为n束光斑为方形的激光光束，每束光束分别对应空间光调制器的一个子区域，将经空间光调制器每一个子区域整形后形成二维码图案形状的光束经菲涅尔透镜聚焦直接作用于加工面。

进一步地，对于尺寸大于等于200μm的曲面二维码图案，为了提高标印精度，利用n束光斑为方形的激光光束实现标印，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的大小；

利用空间光调制器将激光光束分为n束光斑为方形的激光光束；

通过测距装置测量空间光调制器至待标印曲面表面对应的n个分束点位置的焦距f_i，i等于1到n的正整数，根据公式1计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长：

其中D_i为每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长，M为光束质量因子，D′为聚焦前的每一束激光光束光斑的边长，f_i为通过测距装置测量得到的空间光调制器至待标印曲面表面对应的n个分束点位置的焦距，λ为波长，K为一个固定的因子；

步骤1.2、利用步骤1.1计算得到的每一束激光光束对应聚焦光斑的边长，进行区域分割；

将二维码图案分割为n个子二维码图案，每个子二维码图案的面积与相应位置的聚焦光斑面积相同；

将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；

步骤1.3、频域图案加载；

将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；

步骤1.4、菲涅尔透镜频域图案加载；

在n个子二维码频域全息图上分别叠加对应的焦距为f_i的菲涅尔透镜；

步骤3具体为：

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度，控制激光器的出光时间；利用空间光调制器将激光光束分为n束，每束激光光束分别对应空间光调制器的一个子区域，将经空间光调制器每一个子区域整形后形成的二维码图案形状的光束经菲涅尔透镜聚焦后直接作用于加工面。

本发明还提供一种实现上述的基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法的标印系统，其特殊之处在于：包括激光器，设置在激光器出射光路中的变倍扩束镜及分光镜，以及设置在分光镜透射光路中的空间光调制器与设置在分光镜反射光路中的聚焦镜；

激光器出射激光至变倍扩束镜，经变倍扩束镜调整激光光束直径后透过分光镜进入空间光调制器，空间光调制器将激光光斑整形成二维码图案形状的光束，后依次经空间光调制器及分光镜反射至聚焦镜，聚焦镜将加工光束聚焦至工作面。

本发明还提供一种实现上述的基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法的标印系统，其特殊之处在于：包括激光器，设置在激光器出射光路中的变倍扩束镜及分光镜，以及设置在分光镜透射光路中的空间光调制器；

激光器出射激光至变倍扩束镜，经变倍扩束镜调整激光光束直径后透过分光镜进入空间光调制器，空间光调制器将激光光斑整形并聚焦成二维码图案形状的光束作用与工作面。

本发明的有益效果是：

1、本发明将二维码图案转化为频域图案后，加载于空间光调制器，经过空间光调制器整形的二维码在其图案区域内光强为均匀分布，有效改变了高斯光斑在高温合金材料表面造成的“坑状”结构；同时，本发明为一体化打标，提高打标效率的同时，可以有效避免采用传统的激光扫描填充式打标方式存在的粗糙度大、极易产生微裂纹损伤的问题，利于实现超小尺寸高分辨率的二维码标印。

2、本发明可以实现曲面二维码标印，现有技术针对极小尺寸二维码，因曲面导致激光离焦无法实现激光标印，本发明通过对曲面二维码区域按照对应光束光斑的大小进行分区，利用不同光斑大小的光束对不同的二维码区域进行标印，可在曲面实现高分辨率的二维码标印。

附图说明

图1为实施例中在平面表面标印时的过程示意图；

图2为实施例中在平面表面标印时所采用的系统示意图；其中a图中的系统采用聚焦镜实现聚焦，b图中的系统采用菲涅尔透镜实现聚焦；

图中：1-变倍扩束镜，2-分光镜，3-空间光调制器，4-聚焦镜；

图3为实施例中在曲面表面标印时的示意图；其中a为分束示意图，b为各束激光光束经空间光调制器整形后的示意图；

图4为实施例中在曲面表面标印时所采用的系统示意图；

图中：1-变倍扩束镜，2-分光镜，3-空间光调制器；

图5为传统的二维码图案标印过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

本发明公开了一种基于空间整形的一体化激光标印加工方法及系统，针对极小尺寸二维码及曲面二维码标印过程中存在的光斑分辨率受限导致无法实现二维码标印以及曲面导致激光离焦无法实现激光标印的问题，采用一种基于空间光整形的加工方式：

首先，需要将目标二维码图案转换为相位图：将目标二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将其加载于空间光调制器。

其次，获得加工深度与出光时间之间的关系：通过工艺试验，获得加工深度与激光出光时间之间的关系；

最后，开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；激光光束经空间光调制器整形后形成二维码图案形状的光场分布经聚焦后直接作用于加工面。通过在频域图案中叠加一定焦距的菲涅尔透镜或者在空间光调制器后端放置聚焦镜实现激光束聚焦。通过在二维码全息图上叠加不同焦距的菲涅尔透镜实现不同尺寸的二维码图案。

经过空间光调制器整形的二维码在其图案区域内光强为均匀分布，即有效改变了高斯光斑在高温合金材料表面造成的“坑状”结构。

对于尺寸≤200μm的二维码图案，可以通过空间光调制器直接加载整幅二维码相位图，使得光斑在工作表面的能量分布直接呈现整幅二维码的形状，这样可以实现一体化整体打标。

对于尺寸≥200μm的平面二维码图案，如图1所示，可利用n束光斑为方形的激光光束实现标印，图1中n＝4，针对不同的二维码图案，n可以取大于等于2的任一数。按照二维码图案的尺寸S，对二维码图案进行区域分割，分割的个数n＝S/D²，其中S为二维码图案的面积，D为聚焦后每束激光光束光斑的边长；即利用空间光调制器光束分为n束，每一束激光光束整形后的光斑图案为对应区域图案。在该过程中，同时需要将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；将经空间光调制器每一个子区域整形后形成二维码图案形状的光束经聚焦镜聚焦直接作用于加工面。

可通过图2中a所示的系统实现上述平面打标过程，包括激光器，设置在激光器出射光路中的变倍扩束镜及分光镜，以及设置在分光镜透射光路中的空间光调制器与设置在分光镜反射光路中的聚焦镜；当然，空间光调制器与聚焦镜的位置可以实现互换。激光器出射激光至变倍扩束镜，经变倍扩束镜调整激光光束直径后透过分光镜进入空间光调制器，空间光调制器将激光光斑整形成二维码图案形状的光束，后依次经空间光调制器及分光镜反射至聚焦镜，聚焦镜将加工光束聚焦至工作面。

还可以通过在频域图案中叠加一定焦距的菲涅尔透镜实现聚焦，其步骤与上述步骤稍有差异，具体包括以下：

首先计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的大小；利用空间光调制器将激光光束分为n束光斑为方形的激光光束；通过测距装置测量空间光调制器至待标印平面表面对应的n个分束点位置的焦距f_i，i等于1到n的正整数，因为在平面标印，所以f₁＝f₂……＝f_n；根据公式1计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长：

其中D_i为每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长，i等于1到n的正整数，D₁＝D₂……＝D_n，M为光束质量因子，D′为聚焦前的每一束激光光束光斑的边长，f_i为通过测距装置测量得到的空间光调制器至待标印平面表面对应的n个分束点位置的焦距，λ为波长，K为一个固定的因子。

然后，将二维码图案分割为n个子二维码图案，分割的个数n＝S/D_i ²，其中S为二维码图案的面积；将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；

然后在n个子二维码频域全息图上叠加焦距为f_i的菲涅尔透镜；将经空间光调制器每一个子区域整形后形成二维码图案形状的光束经菲涅尔透镜聚焦直接作用于加工面。

可通过图2中b所示的系统实现上述平面打标，包括激光器，设置在激光器出射光路中的变倍扩束镜及分光镜，以及设置在分光镜透射光路中的空间光调制器；激光器出射激光至变倍扩束镜，经变倍扩束镜调整激光光束直径后透过分光镜进入空间光调制器，空间光调制器将激光光斑整形并聚焦成二维码图案形状的光束作用与工作面。

对于尺寸小于200μm的光斑可以视作为平面加工，但对于尺寸大于等于200μm的曲面图案打标，也可通过分束实现打标，但是由于需要将分束后不同光束的聚焦光斑聚焦至不同的焦平面，则采用的焦距不同，焦距不同，则导致不同光束的聚焦光斑大小不同，因此曲面加工的分束流程较为复杂：

如图3所示，首先利用空间光调制器将激光光束分为n束光斑为方形的激光光束，图3中n等于4，同理，针对不同的二维码图案，n可以取大于等于2的任一数。通过各类测距装置(例如测距传感器)测量空间光调制器至待标印曲面表面对应的分束点位置的距离(即各分束点对应的焦距)f1，f2，f3，f4，根据公式1计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的大小：

其中D_i为每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长，i等于1到n的正整数，M为光束质量因子，D′为聚焦前的每一束激光光束光斑的边长，f_i为通过测距装置测量得到的空间光调制器至待标印曲面表面对应的n个分束点位置的焦距，λ为波长，K为一个固定的因子，本实施例K取0.1。通过计算得出分束后各个激光光束的聚焦光斑大小为D₁，D₂，D₃，D₄。

其次，将二维码图案分割为n个子二维码图案，每个子二维码图案的面积与相应位置的聚焦光斑面积相同；将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；在n个子二维码频域全息图上分别叠加对应的焦距为f_i的菲涅尔透镜，使得每一区域对应的激光光束聚焦至曲面表面。

最后开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度，控制激光器的出光时间；利用空间光调制器将激光光束分为n束，每束激光光束分别对应空间光调制器的一个子区域，将经空间光调制器每一个子区域整形后形成的二维码图案形状的光束经菲涅尔透镜聚焦后直接作用于加工面。

可通过图4所示的系统实现曲面打标，包括激光器，设置在激光器出射光路中的变倍扩束镜及分光镜，以及设置在分光镜透射光路中的空间光调制器；激光器出射激光至变倍扩束镜，经变倍扩束镜调整激光光束直径后透过分光镜进入空间光调制器，空间光调制器将激光光斑整形并聚焦成二维码图案形状的光束作用与工作面。该系统通过在频域图案中叠加相应的n个不同焦距的菲涅尔透镜实现聚焦。

本发明属于一次性标印，即光斑本身已经整形成了标印图案本身，因此一次性即可在材料表面形成图案。并可以采用聚焦，聚焦光斑可以小至1μm，可以将1μm的光斑整形成图一的二维码图样，其分辨率可以在百纳米的级别，所以，可以实现超小的二维码的标印。同时，本发明一体化打标可以避免采用传统的激光扫描填充式打标方式，存在粗糙度大、极易产生微裂纹损伤的问题，图5所示，对于传统的二维码的图案标印，一般采取扫描振镜与场镜配合，使得光束在X方向快速扫描，再在Y方向进行快速扫描，从而实现一个二维码的标印，这会造成光斑在XY方向均会重叠，从而造成重叠部分因能量集中而加工的深一些，光斑不重叠的部分加工的浅一些，因此会造成二维码底部的起起伏伏，即粗糙度比较大，也因光斑重叠能量集中易造成微裂纹等损伤。由于对光场进行了匀化处理，避免了高斯光斑容易形成坑状结构，易导致粗糙度及产生微裂纹损伤的问题；而本发明由于激光能量进行了全二维码范围内的匀化，使得该方法可以在实现超小尺寸、曲面打标的同时，确保高精度、高品质、高效率打标。

Claims (4)

1.一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、目标二维码图案转换为相位图；

将目标二维码图案进行傅里叶变换，获得其频域图案，并将变换后的频域图案加载于空间光调制器；

步骤2、获得加工深度与出光时间之间的关系；

通过工艺试验，获得加工深度与激光出光时间之间的关系；

步骤3、激光加工；

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；激光光束进入加载二维码频域图案的空间光调制器，将经空间光调制器整形后形成二维码图案形状的光束聚焦后直接作用于加工面；

在平面表面标印时，利用n束光斑为方形的激光光束实现标印，并通过在空间光调制器的出射光路中设置聚焦镜实现聚焦，其中n为大于等于2的正整数，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、区域分割；

将二维码图案分割为n个子二维码图案，分割的个数n＝S/D²，其中S为二维码图案的面积，D为聚焦后每束激光光束光斑的边长；

将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；

步骤1.2、频域图案加载；

将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；

步骤3具体为：

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；利用空间光调制器将光束分为n束光斑为方形的激光光束，每束光束分别对应空间光调制器的一个子区域，将经空间光调制器每一个子区域整形后形成二维码图案形状的光束经聚焦镜聚焦直接作用于加工面。

2.一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、目标二维码图案转换为相位图；

将目标二维码图案进行傅里叶变换，获得其频域图案，并将变换后的频域图案加载于空间光调制器；

步骤2、获得加工深度与出光时间之间的关系；

通过工艺试验，获得加工深度与激光出光时间之间的关系；

步骤3、激光加工；

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；激光光束进入加载二维码频域图案的空间光调制器，将经空间光调制器整形后形成二维码图案形状的光束聚焦后直接作用于加工面；

在平面表面标印时，利用n束光斑为方形的激光光束实现标印，通过在二维码频域全息图上叠加菲涅尔透镜实现聚焦，其中n为大于等于2的正整数，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的大小；

利用空间光调制器将激光光束分为n束光斑为方形的激光光束；

通过测距装置测量空间光调制器至待标印平面表面对应的n个分束点位置的焦距f_i，i等于1到n的正整数，其中f₁＝f₂……＝f_n；根据公式1计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长：

其中D_i为每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长，i等于1到n的正整数，D₁＝D₂……＝D_n，M为光束质量因子，D′为聚焦前的每一束激光光束光斑的边长，f_i为通过测距装置测量得到的空间光调制器至待标印平面表面对应的n个分束点位置的焦距，λ为波长，K为一个固定的因子；

步骤1.2、区域分割；

将二维码图案分割为n个子二维码图案，分割的个数n＝S/D_i ²，其中S为二维码图案的面积；

将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；

步骤1.3、频域图案加载；

将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；

步骤1.4、菲涅尔透镜频域图案加载；

在n个子二维码频域全息图上叠加焦距为f_i的菲涅尔透镜；

步骤3具体为：

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；利用空间光调制器将光束分为n束光斑为方形的激光光束，每束光束分别对应空间光调制器的一个子区域，将经空间光调制器每一个子区域整形后形成二维码图案形状的光束经菲涅尔透镜聚焦直接作用于加工面。

3.根据权利要求2所述的基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法，其特征在于：通过在二维码频域全息图上叠加不同焦距的菲涅尔透镜实现不同尺寸的二维码图案的标印。

4.一种基于空间整形的一体化飞秒激光标印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、目标二维码图案转换为相位图；

将目标二维码图案进行傅里叶变换，获得其频域图案，并将变换后的频域图案加载于空间光调制器；

步骤2、获得加工深度与出光时间之间的关系；

通过工艺试验，获得加工深度与激光出光时间之间的关系；

步骤3、激光加工；

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度及步骤2获得加工深度与出光时间之间的关系控制激光器的出光时间；激光光束进入加载二维码频域图案的空间光调制器，将经空间光调制器整形后形成二维码图案形状的光束聚焦后直接作用于加工面；

在曲面表面标印时，利用n束光斑为方形的激光光束实现标印，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的大小；

利用空间光调制器将激光光束分为n束光斑为方形的激光光束；

通过测距装置测量空间光调制器至待标印曲面表面对应的n个分束点位置的焦距f_i，i等于1到n的正整数，根据公式1计算每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长：

其中D_i为每一束激光光束对应的聚焦光斑的边长，M为光束质量因子，D′为聚焦前的每一束激光光束光斑的边长，f_i为通过测距装置测量得到的空间光调制器至待标印曲面表面对应的n个分束点位置的焦距，λ为波长，K为一个固定的因子；

步骤1.2、利用步骤1.1计算得到的每一束激光光束对应聚焦光斑的边长，进行区域分割；

将二维码图案分割为n个子二维码图案，每个子二维码图案的面积与相应位置的聚焦光斑面积相同；

将空间光调制器表面划分为n个子区域，每个子区域与每个子二维码图案一一对应；

步骤1.3、频域图案加载；

将n个子二维码图案进行傅里叶变换，实现其频域图案，并将变换后的n个频域图案分别加载于空间光调制器表面对应子区域；

步骤1.4、菲涅尔透镜频域图案加载；

在n个子二维码频域全息图上分别叠加对应的焦距为f_i的菲涅尔透镜；

步骤3具体为：

开启激光器，根据目标二维码图案的加工深度，控制激光器的出光时间；利用空间光调制器将激光光束分为n束，每束激光光束分别对应空间光调制器的一个子区域，将经空间光调制器每一个子区域整形后形成的二维码图案形状的光束经菲涅尔透镜聚焦后直接作用于加工面。

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