在基于激光的制造中，适应非平坦或变化的表面传统上是劳动密集型的，涉及复杂的焦点映射程序和/或非原位表征。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对焦已经开发出来。而大多数自动对焦技术仍然需要电动载物台的机械运动。光束传播轴上的这种机械运动可能明显慢于横向速度，从而减慢了表面检测和重新对准的过程。此外，它还需要反馈、控制和传感方法来确定光学焦点位置。
在发布在《光：科学与应用》上的一篇新论文中，由美国普林斯顿大学机械与航空航天工程系的Craig B. Arnold教授领导的一组研究人员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点。他们采用了轴向变焦光学器件，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。
该团队创新地使用动态 z 扫描同时进行检测和运动，而无需任何机械轴向运动。从理论上讲，表面检测、聚焦检索和发射制造激光脉冲之间的时间在两个 z 扫描周期内，即几微秒，比任何基于机械的重新聚焦系统与次级表面位置传感元件相结合要快得多。
该团队解释了他们的自动对焦方法的工作原理，“我们将单个变焦透镜集成到双激光束设置中，由探测光束和制造光束组成。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。
“同时，我们通过在适当的时间触发制造激光器，将制造光束引导到所需位置。这种方法减少了散焦激光脉冲，提高了处理非平面或变化样品时的处理速度。
研究人员还强调了这种技术通过实验室制造的实时检测和聚焦系统进行自动对焦的潜力，该系统旨在瞬间跟随表面形貌，而无需在z方向上进行任何机械运动。
“这种新颖的轴向焦点对准解决方案为高速非平面和可变表面的材料加工开辟了新的可能性。我们相信，从光学元件的机械运动到光的动态光束整形的转变将继续激发光学计量和3D激光制造中更多令人兴奋的应用。
