在液膜上进行激光雕刻的方法及装置、电子设备

1.本公开涉及液体薄膜技术领域，尤其涉及一种在液膜上进行激光雕刻的方法及装置、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.激光雕刻技术是当前十分常用的一种适用于固体材料的加工工艺。该种雕刻技术以激光为加工媒介，利用固体材料在激光照射下瞬间的熔化、烧蚀，进而实现在固体材料表面上非接触式的高精度的图案雕刻。目前，激光雕刻技术所适用的材料包括木材、亚克力、玻璃、双色板、镀漆铜板、密度贴面板等固体材料。然而对于可以流动的液态材料而言，比如液体薄膜，由于在液膜表面上所施加的扰动均会通过各类液体波动而传播开来，所以雕刻图案并不能像在固态材料上那样维持住。通俗地来讲，也即在液面上构造出的凹坑等各种物理结构均会很快地被各类液体波动传播开，因而无法被维持住，液面很快会恢复回被扰动前的状态。因此，实现在液体薄膜这类液态材料上雕刻出稳定不动的图案是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.本公开提供了一种在液膜上进行激光雕刻的方法及装置、电子设备和存储介质。其主要目的在于实现在液膜上雕刻出稳定不动的由液膜厚度变化所组成的图案。
4.根据本公开的第一方面，提供了一种在液膜上进行激光雕刻的方法，包括：
5.根据预设配方构造液膜，其中，所述液膜的弹性接近于零，使得施加在所述液膜上的厚度变化可以保持在液膜表面上，不会被液体中的波动传播开；
6.根据需要在液膜表面上雕刻的图案信息，设定激光出射参数，不同的雕刻图案的需求信息对应不同的激光出射参数；
7.根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案。
8.可选的，当所述液膜为皂膜时，所述根据预设配方构造液膜包括：
9.根据所述预设配方配制液膜，其中，所述预设配方为表面活性剂分子的浓度大于其本身的临界胶束浓度；
10.将所述液膜基于预设液膜制造装置拉制形成按照预设流动速度的液膜。
11.可选的，所述预设配方中甘油的质量分数占8％-12％、无碳墨水的质量分数占2％、表面活性剂分子的浓度需要为其本身的临界胶束浓度的4-6倍，皂液的其余部分为去离子水。
12.可选的，所述根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案包括：
13.基于信号发生器将控制信号传输给激光器，使激光器按照所述激光出射参数射出激光；
14.控制激光经由预设透镜组在液膜上进行聚焦，激光对液膜加热的位置可以随时间
来变化；
15.通过激光加热的方法构造出热诱导的液膜表面张力的局部梯度，激发出液膜表面上热诱导的马兰戈尼流动，在液膜表面上构造出液膜的厚度变化；
16.在液膜上雕刻所述激光出射参数对应的雕刻图案。
17.可选的，所述方法还包括：
18.在激光穿过所述液膜后，射入光束终止器。
19.可选的，所述根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案包括：
20.将激光入射到包含雕刻图案的镂空模板上；
21.激光入射到所述镂空模板的镂空区域后，将所述镂空区域对应的雕刻图像的激光光线入射到所述液膜上，以完成对液膜的雕刻。
22.可选的，所述方法还包括：
23.在雕刻过程中，采用干涉法和/或纹影法观察并记录对所述液膜的雕刻过程及结果。
24.根据本公开的第二方面，提供了一种在液膜上进行激光雕刻的装置，包括：
25.构造单元，用于根据预设配方构造液膜，其中，所述液膜的弹性接近于零，使得施加在所述液膜上的厚度变化可以保持在液膜表面上，不会被液体中的波动传播开；
26.设定单元，用于根据需要在液膜表面上雕刻的图案信息，设定激光出射参数，不同的雕刻图案的需求信息对应不同的激光出射参数；
27.雕刻单元，用于根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案。
28.可选的，当所述液膜为皂膜时，所述构造单元包括：
29.配置模块，用于根据所述预设配方配制液膜，其中，所述预设配方为表面活性剂分子的浓度大于其本身的临界胶束浓度；
30.构造模块，用于将所述液膜基于预设液膜制造装置拉制形成按照预设流动速度的液膜。
31.可选的，所述预设配方中甘油的质量分数占8％-12％、无碳墨水的质量分数占2％、表面活性剂分子的浓度需要为其本身的临界胶束浓度的4-6倍，皂液的其余部分为去离子水。
32.可选的，所述雕刻单元还用于：
33.基于信号发生器将控制信号传输给激光器，使激光器按照所述激光出射参数射出激光；
34.控制激光经由预设透镜组在液膜上进行聚焦，激光对液膜加热的位置可以随时间来变化；
35.通过激光加热的方法构造出热诱导的液膜表面张力的局部梯度，激发出液膜表面上热诱导的马兰戈尼流动，在液膜表面上构造出液膜的厚度变化；
36.在液膜上雕刻所述激光出射参数对应的雕刻图案。
37.可选的，所述装置还包括：
38.处理单元，用于在激光穿过所述液膜后，射入光束终止器
39.可选的，所述雕刻单元还用于：
40.将激光入射到包含雕刻图案的镂空模板上；
41.激光入射到所述镂空模板的镂空区域后，将所述镂空区域对应的雕刻图像的激光光线入射到所述液膜上，以完成对液膜的雕刻。
42.可选的，所述装置还包括：
43.记录单元，用于在雕刻过程中，采用干涉法和/或纹影法观察并记录对所述液膜的雕刻过程及结果。
44.本公开提供的在液膜上进行激光雕刻的方法及装置、电子设备和存储介质，根据预设配方构造液膜，其中，所述液膜的弹性接近于零，使得施加在所述液膜上的厚度变化可以保持在液膜表面上，不会被液体中的波动传播开。然后，根据需要在液膜表面上雕刻的图案信息，设定激光出射参数，不同的雕刻图案的需求信息对应不同的激光出射参数，根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案。
45.以构造的弹性接近于零的液膜为基础，控制激光在液膜上完成雕刻，以填补目前无法在液膜上进行激光雕刻的理论空白及技术空白。根据预设配方构造液膜，其中，所述液膜的弹性接近于零，使得施加在所述液膜上的厚度变化可以保持在液膜表面上，不会被液体中的波动传播开，然后，根据需要在液膜表面上雕刻的图案信息，设定激光出射参数，不同的雕刻图案的需求信息对应不同的激光出射参数，根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案。以构造的弹性接近于零的液膜为基础，控制激光在液膜上完成雕刻。
46.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
47.附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
48.图1为本公开实施例所提供的一种液膜的激光雕刻方法的流程示意图；
49.图2为本公开实施例提供的一种在不同运行工况下在液膜上加工出的不同激光雕刻效果的示意图；
50.图3为本公开实施例提供的一种在液膜上进行激光雕刻的装置及其光路的示意图；
51.图4为本公开实施例提供的一种在液膜上进行激光雕刻的装置及其光路的侧视图；
52.图5(a)至图5(c)为本公开实施例所提供的一种不同变式操作下在液膜上加工出的不同激光雕刻效果的示意图；
53.图6为本公开实施例提供的一种通过“t”字形镂空模板产生出图5(c)中的“t”字形激光脉冲的装置及其光路的示意图；
54.图7为本公开实施例提供的一种对被激光雕刻的液膜进行流动可视化拍摄的光路图；
55.图8为本公开实施例提供的另一种对被激光雕刻的液膜进行流动可视化拍摄的光路图；
56.图9为本公开实施例提供的一种给用于雕刻液膜的激光的输出控制信号的示意图；
57.图10为本公开实施例提供的一种液膜的激光雕刻装置的结构示意图；
58.图11为本公开实施例提供的另一种液膜的激光雕刻装置的结构示意图；
59.图12为本公开实施例提供的示例电子设备300的示意性框图。
具体实施方式
60.以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
61.下面参考附图描述本公开实施例的液膜的激光雕刻方法、装置、电子设备和存储介质。
62.图1为本公开实施例所提供的一种液膜的激光雕刻方法的流程示意图。
63.如图1所示，该方法包含以下步骤：
64.步骤101，根据预设配方构造液膜，其中，所述液膜的弹性接近于零，使得施加在所述液膜上的厚度变化可以保持在液膜表面上，不会被液体中的波动传播开；
65.本技术实施例利用了液膜在其表面活性剂浓度处于高浓区(表面活性剂分子的浓度大于其本身的临界胶束浓度)时的弹性接近于零的特性，此时该液膜中弹性对称波的传播速度接近于零，也即施加在该液膜上的对称厚度变化不会被波动传播开来，而是保持在液膜表面上，并随液膜一同流动。该液膜配方中的无碳墨水，其目的在于增加皂膜对激光能量的吸收，以达到在液膜上进行激光雕刻的工艺效果。
66.在此进行特别说明：本技术在全文中使用了“接近于零”这一短语来描述根据所述预设配方构造出的液膜的弹性大小、以及所述液膜中弹性对称波的传播速度大小。严格定量而言，对于液膜弹性来说，“接近于零”这一短语在全文中表示根据所述预设配方构造出的液膜的弹性在0mn/m(毫牛/米)至0.02mn/m(毫牛/米)左右的范围；对于所述液膜中弹性对称波的传播速度来说，以液膜厚度为20微米的液膜为例，“接近于零”这一短语在全文中表示根据所述预设配方构造出的液膜中弹性对称波的传播速度大小在0m/s(米/秒)至0.05m/s(米/秒)左右的范围。因此，实际上，对于本技术中所述以1m/s(米/秒)至3m/s(米/秒)左右的速度进行快速流动的液膜来说，所述液膜的弹性以及所述液膜中弹性对称波的传播速度均是非常微小的数值，在本技术中均可以认为是零。
67.此时，通过激光加热的方法构造出热诱导的液膜表面张力的局部梯度，激发出液膜表面上热诱导的马兰戈尼流动，从而在液膜表面上构造出液膜的厚度变化，也即各类雕刻图案(例如：凹坑、凹槽等)。具体来说，本公开通过激光加热在所述液膜上构造出的所述马兰戈尼流动是指：相较于未被激光加热位置处的液膜的表面张力，被激光加热位置处的液膜的表面张力会下降，此种局部的液膜表面张力梯度会促使低表面张力位置处的流体流向高表面张力的位置处，也即被激光加热位置处的液膜流体会流向周围未被激光加热的液膜区域，从而促使液膜被激光加热的位置处会出现厚度变薄的凹坑结构，也即激光加热在液膜表面上构造出的雕刻图案。
68.并且，对于用本公开给出的溶液配方所配制出的液膜，由于液膜的弹性接近于零，所以液膜上的上述雕刻图案并不会被弹性对称波等液体中的波动传播开来，而是会保持在液膜表面。对于流动液膜而言，这些稳定维持在液膜表面上的凹坑还会随着皂膜一同流动。在本技术实施例中，液膜这类液态材料表现出了和固态材料一样的物性。本技术实施例通过上述工艺原理实现在液膜这类液态材料上进行激光雕刻的工艺效果。
69.在此，需要特别强调的是，本公开在通过激光加热的方法在所述流动液膜的表面上构造出相对于所述流动液膜而稳定不动的雕刻图案的过程中，全程没有涉及到液膜中液体的蒸发、沸腾等相变过程，也即激光加热所致的液膜表面上的凹坑雕刻结构并非来源于液膜中液体的汽化等相变过程。本公开利用激光加热在液膜上构造出的凹坑等厚度变薄的雕刻结构均是由上述热诱导的液体表面张力梯度所致的，也即所述液膜表面上的热诱导的马兰戈尼流动，其本质上来源于液体的表面张力对温度的依赖性。在实际操作中，激光加热使液膜被加热位置处的温度仅上升3至5摄氏度左右，便可以引发足够强度的所述马兰戈尼流动，进而实现十分明显的液膜上的激光雕刻效果。液膜被激光加热位置处的3至5摄氏度左右的升温，对于初始温度为室温25摄氏度左右的液体来说，是远远达不到沸腾等相变过程的。同样，对于所述以1米/秒至3米/秒左右的速度进行流动的液膜来说，由上述加热升温所引发的蒸发相变是可以被忽略的。所以，本公开所提出的原理不涉及到液膜在激光作用下的相变。如前所述，本公开的雕刻原理本质上源于由激光加热所致的液膜上热诱导的表面张力梯度，也即所述液膜表面上的热诱导的马兰戈尼流动，本公开所给出配方下液膜表面上雕刻结构的维持则来源于所述配方下液膜的接近于零的弹性。在此，进行特别的强调。
70.步骤102，根据需要在液膜表面上雕刻的图案信息，设定激光的出射参数。
71.激光在液膜上的加热位置可以随时间来变化，不同的雕刻图案的需求信息对应不同的激光出射参数(包括激光在液膜上的加热位置随时间的变化)。
72.对激光的连续输出或脉冲输出的模式设定，以及输出频率、功率、占空比等输出参数的设定，主要是为了控制激光雕刻的一些基础性质，比如雕刻出的凹坑或凹槽的大小及深度。但激光聚焦加热的空间位置并没有发生改变，也即激光本身的传播路径并没有发生改变。
73.此外，当把皂膜流道的宽度变窄，在相同流量下，皂膜的厚度会变厚，热传导效应增强，在相同激光参数下所雕刻出的凹坑的尺寸会增大且深度会变深。相反的，当把皂膜流道的宽度变宽，在相同流量下，皂膜的厚度会变薄，热传导效应减弱，在相同激光参数下所雕刻出的凹坑的尺寸会减小且深度会变浅。如上，即为一种设定液膜上激光雕刻图案大小及深度的相关方案。
74.虽然，固定不动的激光束可以由于液膜的相对流动，而在液膜上雕刻出一串连续的凹坑或凹槽等图案。但为了在液膜上雕刻出更多丰富的图案，激光在液膜上聚焦加热的位置需要得到控制，本技术提供了两类控制激光在液膜上聚焦加热位置的方案，分别是机械多轴控制方法以及高速激光空间扫描方法。
75.在液膜上进行激光雕刻的工艺效果可以通过对激光输出参数以及加热位置的调节得到很大程度上的丰富与提升，总的来说，在液膜上，聚焦激光相当于一把“刻刀”，对激光本身输出参数的调整改变的是这把“刻刀”所刻出线条的粗细、断续、深浅等线条特征，对激光在液膜上加热位置的控制相当于是用这把“刻刀”在液膜的不同位置上雕刻出各类不
同的图案。
76.步骤103，根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案。
77.在实际操作时，当激光器连续输出时，激光可以在所述流动液膜被聚焦照射的位置之后雕刻出一条连续的凹槽；当激光器脉冲输出时，激光可以在所述流动液膜被聚焦照射的位置之后雕刻出一串凹坑，且所述液膜上凹坑的深浅、大小、分布均可通过调控激光的输出参数来进行控制；当脉冲激光的输出频率较高时，那么上述排列成一串的凹坑会连接成一道连续的凹槽。
78.当使用高速扫描转镜系统或振镜系统等光线扫描系统来快速地改变激光的空间位置，使其在被透镜组聚焦后，在所述流动液膜上进行快速的扫描，则可以配合数控系统在所述流动皂膜上雕刻出各类丰富的图案，例如，一条弯曲且连续的正弦式凹槽或一个笑脸的图案。
79.在实际操作中，上述所使用的激光不限于一束，可以根据雕刻图案的需求，使用多束激光来同时进行液膜上的激光雕刻。
80.总的来说，在液膜上，聚焦激光相当于一把“刻刀”，对激光本身输出参数的调整改变的是这把“刻刀”所刻出线条的粗细、断续、深浅等线条特征；通过上述高速扫描转镜或振镜系统控制的是这把“刻刀”所刻出线条的走势，也即决定了用这把“刻刀”在液膜上刻出的图案。当然，这还需要同时考虑到液膜本身的流动速度等参数。
81.不管是使用机械多轴运动控制的方法，还是使用高速扫描转镜或振镜系统的方法，都需要结合在液膜上准备雕刻出的雕刻图案以及液膜本身的流速等参数，在数控系统上提前计算出激光在液膜上聚焦照射点的位置随时间的变化，从而通过数控系统对激光扫描的速度及位置进行控制，进而在液膜上雕刻出预期的图案。
82.如图2所示，图2(a)中展示了未经任何激光雕刻的流动液膜6，当一束稳定不动的激光聚焦照射于流动皂膜上，且其输出频率及占空比分布被进行了相应的设定，在其聚焦照射点后会被雕刻出一串满足相应分布形式的凹坑或凹槽。其中，图2(b)为被按照某一固定频率及占空比输出的脉冲激光雕刻了的液膜6以及其被雕刻出的一串均匀排列的规则凹坑8，7是一束稳定不动的脉冲激光在流动皂膜6上的聚焦照射点；图2(c)为被连续输出的激光雕刻了的液膜6以及其被雕刻出的一道连续的凹槽18，17是一束稳定不动的连续输出激光在流动皂膜6上的聚焦照射点；图2(d)为被进行了雕刻凹坑分布形式定制化处理的液膜6以及其被雕刻出的一串满足定制分布形式的凹坑20，19是一束稳定不动的有着定制化频率及占空比分布的激光在流动皂膜6上的聚焦照射点。所以，本技术实施例在液膜上进行激光雕刻的工艺效果可以通过对激光输出参数的调节得到很大程度上的丰富与提升。
83.本公开提供的液膜的激光雕刻方法，根据预设配方构造液膜，其中，所述液膜的弹性接近于零，根据液膜的厚度及雕刻图案需求信息，设定激光出射参数，不同的雕刻需求信息对应不同的激光出射参数，根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案。本技术实施例以构造的弹性接近于零的液膜为基础，控制激光在液膜上完成雕刻，以填补目前无法在液膜上进行激光雕刻的理论空白及技术空白。
84.后续实施例以由皂液构造出的皂膜为例，说明如何实现在液膜上的激光雕刻，但应当明确的是该种说明方式并非意在限定液膜仅能为皂膜，还可以包括任何可以满足本技术工作原理的液膜，也即弹性接近于零的液膜。
85.下面，以皂膜为例，对可以构造出液膜的常用方法进行相关介绍。目前，有很多种被广泛应用的用于构造出皂膜的工艺方法。其中，最为简单的一种方法是吹制出肥皂泡，肥皂泡是一类具有较大曲率的皂膜。另外，如果需要构造出平面皂膜，目前常用的一类方法是借助两根细线(大多数情况下为尼龙材质的细线)，来将平面皂膜拉制出来。具体来说，这两根细线被竖直悬挂，并且这两根细线的上端共同连接于一个放置在上方的用于储存皂液的储液箱的喷嘴处；两根细线的下端则拴于一套砝码上，从而将这两根细线绷紧。当打开上方储液箱的喷嘴后，上方储液箱中的皂液会沿着这两根细线在重力的驱动下流动下来，并流至放置于下端砝码下的下方储液箱。然后，流进下方储液箱中的皂液会经由一套蠕动泵被输送回上方储液箱，由此形成皂液的流动循环。此时，利用多组细钩子将上述两根细线轻轻地拉开，便可以得到一张由重力驱动的稳定流动的皂膜了。其中，该流动皂膜的流量可以由上述蠕动泵进行控制。在下文中，将称用此种方法构造出的流动皂膜为“重力驱动皂膜”。需要强调的是，在这里仅是列举了几类常用的皂膜构造方法。实际上，可以用于构造出皂膜的方法还有很多。
86.在此需要注意，本技术实施例主要是针对在皂膜等液膜上进行激光雕刻的工艺本身，并不是针对如何构造出皂膜的这一项前期准备环节，也并不局限于使用哪一类已有的皂膜构造方法。为了展示本技术实施例可以在液膜上进行激光雕刻的工艺原理与工艺效果，本技术实施例将以上述介绍的“重力驱动皂膜”作为一个实施例来进行介绍和说明。
87.以所述液膜为皂膜为例，所述根据预设配方构造液膜包括：所述预设配方为表面活性剂分子的浓度大于其本身的临界胶束浓度；将所述液膜基于预设液膜制造装置拉制形成按照预设流动速度的液膜。示例性的，所述预设配方中甘油的质量分数占8％-12％、无碳墨水的质量分数占2％、表面活性剂分子的浓度需要为其本身的临界胶束浓度的4-6倍，皂液的其余部分为去离子水。
88.由于本技术实施例利用了皂膜在高浓区(表面活性剂分子的浓度大于其本身的临界胶束浓度)时的弹性接近于零的特性，所以在本技术实施例所使用的皂膜溶液中，表面活性剂分子的可选种类有很多种，例如有经典的十二烷基硫酸钠(分子式：c
12h25
so4na，英文名：sodium dodecyl sulfate，简写为：sds)、以及十六烷基三甲基溴化铵(分子式：c
19h42
brn，英文名：cetyltrimethylammonium bromide，简写为：ctab)。
89.以十二烷基硫酸钠(sds)为例，十二烷基硫酸钠分子的临界胶束浓度约为5mol/m3(摩尔/立方米)。那么，当选取十二烷基硫酸钠作为所述皂液中的表面活性剂分子时，皂液中的十二烷基硫酸钠的分子浓度要在20mol/m3至30mol/m3左右。
90.除了可以直接向皂液中添加上述表面活性剂分子的纯净物，还有一类较为简便的方式：便是向所述皂液中添加含有上述表面活性剂分子的洗碗液。通过这种加入洗碗液的方式，来向皂液中加入表面活性剂分子。
91.以含有十二烷基硫酸钠分子的某洗碗液为例，该种洗碗液在皂液中的1％的质量分数占比约对应于皂液中十二烷基硫酸钠分子的10mol/m3的分子浓度。换句话说，该种洗碗液在皂液中约0.5％的质量分数占比等价于十二烷基硫酸钠分子的临界胶束浓度。所以，如果选择加入该种洗碗液，所述预设皂液配方中的洗碗液的质量分数占比需在2％-3％左右。
92.其中，无碳墨水的加入是为了增加皂膜对激光能量的吸收，尤其是对于可见光波
段的激光，比如波长为532nm的绿光激光，这样可以在皂膜上实现更好的激光雕刻效果。无碳墨水的2％的质量分数占比是通过反复的试验所得出的。由比尔-朗伯定律(beer-lambert’s law)可知：τ(λ)＝(i
t
/i0)
λ
＝exp(-k(λ)l)，其中，i0和i
t
分别为入射光和出射光的光强，τ(λ)为透射率。对于激光垂直穿过液膜的光程长度(也即液膜厚度)为l的液膜来说，无碳墨水的加入本质上是提升了皂膜溶液对该波长λ的光线的吸收系数k(λ)，从而减小了该波长λ的光线穿过所述皂膜后的透射率τ(λ)，也即提升了所述皂膜对激光能量的吸收率。相反，如果不向皂液溶液中加入该无碳墨水，皂膜溶液对该波长的光的吸收系数k(λ)会不足；同时，由于皂膜的厚度仅为微米量级，也即用于吸收激光能量的光程长度l过短，所以皂膜能吸收到的激光能量会很少，激光对皂膜的加热作用会甚微，此时很难达到良好的激光雕刻效果。
93.另外，还可以使用红外波段的激光。依据皂液对各波段光波的吸收光谱可知，皂液对红外波段的激光有着较大的吸收系数k(λ)，从而可以进一步提升皂膜对激光能量的吸收率。但由于红外激光对于人眼来说是不可见的，因而使用红外激光在液膜上进行激光雕刻的工艺操作危险性会较高。对应的一种优化方法是将红外激光与一束用于指示的可见光激光进行共束化处理，使人眼可以通过可见的指示激光来判断红外激光的位置，从而减少了使用红外激光对液膜进行激光雕刻的危险性。在下文中，本技术实施例还是以波长为532nm的可见光激光为实施例进行介绍与说明。
94.此外，之所以本技术实施例要采用无碳墨水(非碳素墨水)，也即墨水中不含碳素颗粒，是为了防止碳素颗粒对微米级厚度的皂膜流动本身造成额外的影响。优选的，无碳墨水要采用黑度较高的黑色无碳墨水，例如非碳素黑色墨水。
95.在按照上述专用配方调配好皂液后，建议将该皂液放置于烧杯中，用磁力搅拌器以1000rpm(转/分钟)左右的转速搅拌20到30分钟，从而使皂液中的各组分充分互溶。搅拌完成后，需要静置5到10分钟，然后去除皂液上方漂浮的泡沫层，至此就得到了可以构造出进行激光雕刻的皂膜的专用皂液了。配置好的该皂液呈现黑色，散发有芳香气味，其整体的流体状态十分接近于普通的纯水。但区别在于该皂液由于表面活性剂分子的存在，其表面张力会很大程度上小于纯水，所以可以用该皂液构造出稳定存在的微米量级厚度的流动皂膜。
96.在此，需要特别强调的是，本技术实施例所使用的皂液溶液的粘度是极低的。定量而言，本技术实施例所使用的皂液溶液的粘度在25摄氏度下仅为1.17mpa
·
s，纯水在25摄氏度下的粘度为0.90mpa
·
s。由此可知，在本技术实施例中所使用的皂液的粘度和纯水的粘度十分接近。此外，用于描述粘度在该皂膜流动中相对重要性的无量纲数(ohnesorge数)的量级仅为其中，oh是无量纲的ohnesorge数，μ是皂膜溶液的动力粘度，ρ是皂膜溶液的密度，h是皂膜的厚度，σ是皂膜的表面张力。所以，本技术实施例所使用的皂膜溶液的粘度是可以被忽略的，这与粘度极高的粘稠流体或熔融物等流体有着根本的不同。另外，本技术实施例所使用的皂膜溶液是和纯水一样的普通牛顿流体，而不是有着复杂物性的非牛顿流体。综上可得，本技术实施例所使用的皂膜溶液的物性与纯水相近，和有着复杂组分、复杂状态的高粘度流体或非牛顿流体相比存在着根本的不同；本技术实施例所公开的技术完全不同于利用激光来加热高粘度流体、熔融流体、非牛顿流体、复杂组分流体等复杂流体以实现其烧蚀、软化、汽化、熔化等效果的相关技术，在此进行特别的
强调与说明。
97.本技术实施例针对的是与纯水的总体物性十分接近的特定配方的皂液和在该专用配方皂膜上进行激光雕刻的相关原理和技术。在本技术实施例中，由于皂膜对激光能量的吸收，皂膜被激光照射的位置处的温度相比于皂膜未被激光照射的位置处的温度会发生局部的上升。本技术实施例通过激光加热皂膜来改变的核心物性是皂膜的局部表面张力，进而通过所述皂膜表面上的热诱导的马兰戈尼效应(thermal-marangoni effect)，也即所述皂膜表面上的热诱导的马兰戈尼流动，来实现在皂膜上进行激光雕刻的工艺效果。
98.在配制好上述专用配方的皂液后，可以通过上述实施例中的“重力驱动皂膜”的构造方法，用该专用配方的皂液制作出一张稳定流动的微米量级厚度的流动皂膜。一般来讲，该皂膜的流量可以通过蠕动泵设置在10毫升/分钟(ml/min)至40毫升/分钟(ml/min)的范围内。皂膜流道的宽度，也即该重力驱动皂膜中两根细线之间的距离，可以根据实际情况进行调整。该流动皂膜的厚度一般可以在5微米到40微米的范围内，皂膜流动的速度一般在2米/秒(m/s)左右。
99.本技术实施例提出的在液膜上进行激光雕刻的装置及其光路，用于所述根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案的过程，具体为：基于信号发生器将控制信号传输给激光器，使激光器按照所述激光出射参数射出激光，控制激光经由预设透镜组在液膜上进行聚焦；基于在所述液膜上的激光聚焦照射点处液膜温度的变化以及液膜厚度的变化，雕刻所述激光出射参数对应的雕刻图案。
100.如图3所示，包含信号发生器1、激光器2、激光3、凹透镜4、聚焦凸透镜5、流动皂膜6、一束稳定不动的脉冲激光在流动皂膜6上的聚焦照射点7、由按照某一固定频率及占空比进行脉冲输出的聚焦激光在流动皂膜6上雕刻出的一串均匀分布的凹坑8和光束终止器9；所述的信号发生器1向激光器2传输控制信号，从而控制其输出参数，所述激光器2按照接收到的控制信号发射出激光3，所述激光3分别经由凹透镜4和聚焦凸透镜5被聚焦在流动皂膜6上，该束稳定不动的脉冲激光在所述流动皂膜6上的聚焦照射点7处的皂膜温度相较于皂膜其它位置的温度会出现上升，局部的表面张力会发生变化，也即皂膜被局部加热位置处的表面张力会局部下降，由此引发出的热诱导的所述马兰戈尼效应(marangoni effect)在所述流动皂膜6上产生出一串均匀分布且稳定在皂膜表面上的凹坑8，从而实现在液膜上进行激光雕刻的工艺效果，穿过流动皂膜6后的激光会被终止在有着多组散热板的光束终止器9中，以免发生危险。
101.从原理上而言，本技术实施例利用了皂膜在其表面活性剂浓度处于高浓区(表面活性剂分子的浓度大于其本身的临界胶束浓度)时的弹性接近于零的特性。具体来说，在该高浓区中，其皂膜的表面张力不再随其表面活性剂的浓度变化而变化。皂膜弹性e的定义式为：e＝-a(dσ/da)，其中，σ为皂膜的表面张力，a为皂膜的被研究区域的表面积大小。所以，使用上述专用配方配制的皂液，构造出的皂膜的弹性e接近于零，所述皂膜中弹性对称波的传播速度接近于零。严格定量而言，根据所述预设配方构造出的液膜的弹性在0mn/m(毫牛/米)至0.02mn/m(毫牛/米)左右的范围；以液膜厚度为20微米的液膜为例，根据所述预设配方构造出的液膜中弹性对称波的传播速度大小在0m/s(米/秒)至0.05m/s(米/秒)左右的范围。因此，对于所述以1m/s(米/秒)至3m/s(米/秒)左右的速度进行快速流动的皂膜来说，所述皂膜的弹性e可以认为是零，所述皂膜中弹性对称波的传播速度
可以认为是零。此外，在该微米量级厚度的流动皂膜中，对称泰勒波的传播速度可以被忽略，其中，k＝2π/λ为扰动波的波数，λ为扰动波的波长。
102.在此工况下，如上文所述，本技术实施例将一束激光经由一套透镜组聚焦在皂膜上。较优的方案是，该束激光的传播方向被调整至与该张皂膜相互垂直。此时，该束激光垂直地穿过这张微米级厚度的皂膜，由激光和皂膜所组成的此套物理系统相对于皂膜的中间平面是对称的，进而激光对皂膜所造成的扰动也是对称扰动。此外，此种激光加热皂膜的方法可以避免在流动皂膜中激发出传播速度为的非对称泰勒波的传播。
103.其实，由于皂膜厚度仅为微米量级，如果将其视为一个理想化的平面，在本技术实施例中，即使激光的传播方向与皂膜并非严格垂直，整体系统的对称性依旧较好，此时依旧可以实现在液膜上的激光雕刻效果，这其中由非对称性所引发出的在皂膜形状上的影响(例如：非对称泰勒波的传播)是很微弱的，在此进行特别说明。
104.下面，以皂膜的一个表面为例，从流体力学的角度，对一个激光脉冲能够引发出的效应(也即本技术实施例中在液膜上的激光雕刻图案产生的过程)进行具体说明。其中，该激光输出时的功率可以被设置在5瓦至8瓦左右。首先，该皂膜被激光聚焦照射的位置相比皂膜未被激光照射的位置会发生局部的升温。由皂液表面张力的温度依赖性可知，皂膜被激光加热位置处的表面张力相比于未被加热部分的表面张力会出现局部的下降，由该温度差而引发的表面张力梯度由此产生。该表面张力梯度会促使皂膜中低表面张力区域的皂液被拉至皂膜中的周围高表面张力的区域，也即皂膜中被加热位置处的皂液被拉至皂膜中的周围未被加热的区域，也即出现所述液膜表面上的热诱导的马兰戈尼效应(thermal-marangoni effect)。
105.具体来讲，由上述讨论的对称性可知，皂膜被激光加热位置处的两个表面上会出现对称的一对凹坑，也即该位置的皂膜厚度会发生局部的减小。因为，用上述预设配方配制出的皂膜中的弹性对称波的传播速度接近于零，所以由上述聚焦激光加热的方法在皂膜的两个表面上诱导出的一对凹坑并不会被弹性对称波传播开来，这些凹坑会稳定在皂膜的表面上并被维持住。对于流动皂膜而言，这些稳定维持在皂膜表面上的凹坑还会随着皂膜一同流动。在本技术实施例中，液膜这类液态材料表现出了和固态材料一样的物性，本技术实施例由此通过上述装置系统实现了在液膜这类液态材料上进行激光雕刻的工艺方法。
106.上述专用配方中无碳墨水的加入正是为了使皂膜对激光能量有很多的吸收，进而使皂膜被激光照射的部分相比于未被照射的部分出现更加明显的升温，产生更加明显的热诱导的局部表面张力梯度，从而使上述热诱导的马兰戈尼效应(thermal-marangoni effect)更为明显，从而达到在皂膜上进行激光雕刻的工艺效果。
107.在此，需要特别说明的是，本技术实施例所提出的在液膜上进行激光雕刻的工艺是通过激光局部加热液膜，进而改变液膜被加热处的局部表面张力，激发出所述液膜表面上的热诱导的马兰戈尼流动(thermal-marangoni flow)，从而在该液膜表面上构造出能够维持住的下凹不平的图案效果的。基于上述装置系统、技术方法和工艺效果，本技术实施例提出的工艺才会被称为激光雕刻。但本技术实施例与真实使用刻刀进行的接触式雕刻完全不同，在此进行特别的强调与说明。
108.同时，如上文所述，本技术实施例与在固态材料上进行的激光雕刻，也即通过激光加热固态材料以实现其局部熔化或烧蚀的工艺，更是存在着本质的根本性不同，在此进行特别的强调与说明。
109.其实这一点从激光的功率设定上也可以清晰地看出。由于传统的在固态材料上进行的激光雕刻，需要使相关固态材料的表面发生类似于熔化的物态变化，短时间内所需要的激光能量极高，所以传统用于固体的激光雕刻的激光功率需要达到数十瓦，甚至上百瓦。然而，对于本技术实施例提出的用于在液膜上进行的激光雕刻，本质上只需要在特定配方的液膜表面上引发出上述马兰戈尼流动(marangoni flow)，由该马兰戈尼流动(marangoni flow)在液膜表面上生成出的下凹不平的结构便会被维持住。本技术实施例由此实现的在液膜上的激光雕刻工艺并不需要很高的激光功率，即使是对于所述以1米/秒至3米/秒左右的速度进行快速流动的液膜来说，一般在5瓦到8瓦左右便可以实现很好的对所述液膜的激光雕刻效果。另外，根据实际情况，适当增大一些皂膜溶液中无碳墨水的质量分数，可以在实现同样良好的激光雕刻效果的前提下，进一步节省激光的功率输出。
110.除了上述由一个激光脉冲在液膜两个表面上激发出的可以维持稳定的一对凹坑，基于同样的工艺原理，本技术实施例还可以在液膜上构造出更多复杂的雕刻图案。
111.下面，对相应的工艺操作方法进行介绍。
112.如图3和图4所示，对于重力驱动的竖直向下流动的皂膜6。如果将激光3的输出模式切换为脉冲输出模式，并使用信号发生器1对该脉冲激光的输出频率和输出占空比进行控制，保持激光3本身的空间位置稳定不动。那么，在该流动皂膜6被脉冲激光聚焦加热的位置7之后，会跟随有一串随皂膜流动的呈直线均匀排列的凹坑8，且每两个相邻的凹坑中心之间的间距为d＝u/f
laser
。其中，u是皂膜竖直向下流动的速度，f
laser
是该脉冲激光的输出频率。当脉冲激光的输出频率f
laser
较高，例如达到5000hz(赫兹)或以上，那么上述一连串的凹坑会连接成一道连续的凹槽。如果直接采用了稳定不动的连续输出模式的激光，那么在流动皂膜6被该连续输出激光聚焦加热的位置17之后，同样会跟随有一道被雕刻出的连续凹槽18。
113.其实，上述这一连串凹坑的尺寸大小主要取决于脉冲激光的输出占空比，当脉冲激光的输出占空比越大，则这些凹坑的尺寸相应地越大；当脉冲激光的输出占空比越小，则这些凹坑的尺寸相应地越小。
114.此外，这些凹坑的尺寸还在一定程度上与皂膜上的热传导效应有关，这也是本技术实施例在液态材料上进行激光雕刻的一项独特的特性，该特性在传统的固态材料激光雕刻中是不存在的。具体来说，因为本技术实施例是通过激光加热的方式激发出所述液膜表面上的马兰戈尼流动(marangoni flow)来实现雕刻效果的，所以在液膜表面上雕刻出的图案大小会在一定程度上受到液膜中热传导效应的影响。如果在液膜中的热传导效应较强，也即激光加热的热量在液膜上传开的面积较多，那么在液膜表面上通过激光雕刻出的图案的尺寸也会有一定程度的扩大。
115.虽然激光的输出占空比对雕刻图案尺寸的影响要强于液膜热传导效应的影响，也即改变激光的输出占空比对雕刻图案的尺寸会有更为直观的调控，但本技术实施例依旧给出了从液膜热传导的角度来调控雕刻图案尺寸的相关方案。
116.还是以在液膜上雕刻出的凹坑为例。首先，可以改变激光的输出功率，如果提高激
光的输出功率，那么会有更多的加热热量要在液膜上进行传导，随之凹坑的尺寸会变大，雕刻深度也会变深；如果降低激光的输出功率，那么在液膜上传导的加热热量会减少，随之凹坑的尺寸会减小，雕刻深度也会变浅。此外，还可以通过改变液膜的厚度来调控液膜中热传导的效应。具体来讲，除了改变液膜的流量，有一类可以较为直接地对液膜厚度进行调控的方法，也即改变液膜流道的宽度，在上述重力驱动皂膜中就是指改变两根细线之间的距离。当把皂膜流道的宽度变窄，在相同流量下，皂膜的厚度会变厚，热传导效应增强，在相同激光参数下所雕刻出的凹坑的尺寸会增大且深度会变深。相反的，当把皂膜流道的宽度变宽，在相同流量下，皂膜的厚度会变薄，热传导效应减弱，在相同激光参数下所雕刻出的凹坑的尺寸会减小且深度会变浅。如上，即为调控液膜上激光雕刻图案大小及深度的相关方案。
117.如图5(a)和图5(b)所示，为通过激光的快速空间扫描所实现的几类不同的激光雕刻效果的示意图。其中，(a)为被一束进行快速横向扫描的连续激光雕刻了的液膜6以及其被雕刻出的一条弯曲且连续的正弦式凹槽22，21是一束进行高速空间扫描的激光在流动皂膜6上的聚焦照射点，(b)为被两束进行快速空间扫描的激光雕刻了的液膜6以及其被雕刻出一个笑脸的图案24，23是两束进行高速空间扫描的激光在流动液膜6上的聚焦照射点。上述笑脸图案中的两个眼睛，也即两个直径大于激光雕刻线条粗度的椭圆形凹坑，可以通过激光在竖向及横向上的同时快速扫描来实现。通过上述的思路，本技术实施例在液膜上进行激光雕刻的图案丰富性可以得到进一步提升。
118.本技术实施例还提供了一类借助镂空模板来在液膜上进行激光雕刻的手段。所述借助镂空模板来配合激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案的过程包括：将激光入射到包含雕刻图案的镂空模板上；激光入射到所述镂空模板的镂空区域后，将所述镂空区域对应的雕刻图像的激光光线入射到所述液膜上，以完成对液膜的雕刻。
119.具体来说，如图5(c)所示和图6所示，首先可以根据预期在液膜上雕刻出的图案，例如字母“t”，来制作出有着该字母“t”镂空造型的模板28。此时，使用一个很高功率的激光脉冲27，并不再进行上述的激光聚焦等操作，使其直接穿过上述镂空模板28。上述高功率激光脉冲27中的部分光线会被镂空模板28遮挡住，仅发射出有着“t”字形图案的高功率激光脉冲29，使其照射在流动皂膜上形成“t”字形的激光脉冲照射区域25，由此便可以在流动皂膜上雕刻出“t”字形图案26了。从本质上而言，此类借助镂空模板在液膜上进行激光雕刻的方式与前文中使用聚焦激光的方式的原理是相同的。借助镂空模板的方式适合某些复杂图形的雕刻，但也相应地需要更高功率的激光，因为其不是通过聚焦光线来实现的。此外，根据在液膜上所需雕刻图案的大小，可以在保证激光功率足够的前提下，适当地通过透镜组对激光进行扩束，使其扩束后再穿过设计好的上述镂空模板，从而对液膜进行图案雕刻。
120.在实际操作中，有着镂空图案的模板的外轮廓可以尝试制作成圆形，这样方便直接安装在标准的光学镜架中。此外，考虑到皂膜是流动的，且速度在1米/秒至3米/秒左右，为了在该流动皂膜上雕刻出预期的图案，在这里使用的高功率激光仅需要输出很短的一个脉冲，其脉冲输出时间可根据皂膜流动的速度来进行调控。如果该高功率激光连续输出，则无法在流动皂膜上雕刻出预期的图案。另外，在设计上述模板的镂空图案时，所述镂空图案的横向形状可以比预期雕刻图案中对应的横向形状略微细一些，所述镂空图案的竖直形状还是按照预期雕刻图案设计即可。这样，当皂膜竖直向下流动时，横向形状会由于皂膜的流动而被加粗，从而还原至预期雕刻图案中的效果。这其中具体的定量设计，需要根据皂膜的
实际流动速度来进行调控。
121.在实现了在上述液膜上进行激光雕刻的工艺效果之后，还需要对激光雕刻的工艺效果进行观察与监测，也即实现流动皂膜6在被激光雕刻后的流动可视化。本技术实施例在雕刻过程中，采用干涉法和/或纹影法记录对所述液膜的雕刻过程及雕刻结果。
122.由于流动皂膜的厚度仅在微米量级，本技术实施例在其上进行的激光雕刻深度也在微米量级，而且所述液膜是以1米/秒至3米/秒左右的速度进行快速流动的，所以仅凭借人眼或普通的拍摄手段是很难观测到所述流动液膜上的各类激光雕刻图案的。因此，本技术实施例针对性地提供了两类主要的观察及检测手段，以针对于不同的液膜情况。
123.通常来说，对于厚度较薄(例如在10微米左右或小于10微米)或流动速度相对较慢(例如在1米/秒左右)的流动皂膜，可以使用经典的光学干涉法对皂膜进行可视化拍摄，从而展现出皂膜上被激光雕刻出的各类图案。如图7所示，单波长光源10和相机11被放置于流动皂膜6的同侧，并相对于皂膜的法线呈同一角度。由单波长光源10发射出的单波长光线会分别在皂膜的前后两个表面(也即气液交界面)发生反射。这两部分反射光在发生光学干涉后，会入射进相机11中，并被相机11的感光芯片记录下来，也即拍摄到皂膜的干涉条纹。通过波动光学的相关知识可知，这其中的每一条干涉条纹均对应着皂膜的一条等厚线，因而由此可以对本技术实施例的激光雕刻技术在皂膜上构造出的凹坑等各类雕刻图案实现可视化，并将所述流动皂膜上的各类雕刻图案记录下来。一般来讲，单波长光源10可以选用发射光波的波长为589nm的低压钠灯，或采用激光扩束的方法来向所述流动液膜照射激光。
124.但需要强调的是，当流动皂膜6的厚度较厚且流速相对较大，例如液膜厚度在40微米左右或以上、且液膜流速达到3米/秒左右，此时皂膜的厚度变化很可能会相对剧烈，干涉条纹会非常密集，不容易进行分辨。在这种情况下，上述的干涉法就不宜再作为可视化方法了。
125.此时，可以采用经典的纹影法作为可视化方法。具体来讲，如图8所示，由纹影法光源12发射出的发散光线经由凸透镜13被收束为平行光，所述平行光穿过流动皂膜6。相较于所述平行光原有的传播路径，流动皂膜6上的厚度或形状扰动会使光线发生偏转。在通过待测流场后，上述光线被凸透镜(纹影镜)14聚焦。此时，在焦点位置处放置一刀口15。如果所述平行光没有穿过待测流场，其均可以通过所述刀口15；如果所述平行光穿过待测流场并被其造成偏折，则会造成一部分光可以穿过刀口15，一部分光会被刀口15遮挡住，由此便形成了纹影法图像中明暗相间的不同区域，呈现明暗不同的这些区域正是反映了待测流场的特征。此时，使用相机16将纹影图像记录下来，所述流动皂膜6被激光雕刻出的各类图案也就由此被展现和记录下来了。通过相关光学分析可知，纹影法显示的是折射率的一阶导数的沿程积分，因此纹影法有着很高的探测敏感度。此外，纹影法的敏感度还与凸透镜(纹影镜)14的焦距呈正比例关系，因而在实际操作中，需要使用长焦距的凸透镜(纹影镜)14。通过几何光学的相关知识可知，为了保证在刀口15处的光线聚焦点足够小，凸透镜13的焦距f1也需要相应的较大。为了保证纹影法拍摄图像的高分辨率，相机16最好也需要配置长焦镜头。按照实验经验，凸透镜13的焦距f1、凸透镜(纹影镜)14的焦距f2、以及相机16的镜头的焦距较优地需达到1000毫米左右。纹影法光源12可使用led光源、钠灯等光源，发光功率在3瓦至5瓦左右即可达到较好的拍摄效果。
126.在此，需要进行额外说明的是，通过纹影法的原理可知，纹影法除了可以针对于液
膜厚度较厚(例如达到40微米左右或以上)且液膜流速相对较快(例如达到3米/秒左右)的皂膜可视化拍摄，也可以适用于上述液膜厚度在10微米左右或小于10微米的、或以1米/秒左右的流速进行流动的皂膜的可视化拍摄。也就是说，对于上述液膜厚度为10微米左右或小于10微米的、或以1米/秒左右的流速进行流动的皂膜，可以同时使用干涉法和纹影法来进行观测。
127.此外，如图9所示，为传输给用于雕刻液膜的激光的几类控制信号，该控制信号是电压范围在0v(伏)至5v(伏)之间的电压信号，图9展现了该控制信号随时间t的变化。当该控制信号为0v时，激光不输出；当该控制信号为5v时，激光输出。其中(a)为控制激光不输出时的控制信号，(b)为控制激光连续输出时的控制信号，(c)为控制激光按照某一固定频率及占空比输出时的一种控制信号，(d)为在液膜上定制雕刻凹坑分布形式时的一种控制信号。
128.如前文所述，除了激光固定加热时在流动液膜上雕刻出的一串凹坑或一条连续的凹槽、以及配合镂空模板在流动液膜上雕刻出的复杂图案，本技术实施例提出的工艺还可以通过移动激光在液膜上的加热位置来在所述流动液膜上雕刻出更多丰富的图案类型。在上文中，对激光输出模式及参数的调控主要是为了控制激光雕刻的一些基础性质，比如雕刻出的凹坑或凹槽的大小及深度。但激光在液膜上加热的空间位置并没有发生改变，也即激光本身的传播路径并没有发生改变。如前所述，为了在液膜上雕刻出更多丰富的图案，激光在液膜上聚焦加热的位置也需要得到控制。
129.如前文所述，本技术实施例提供了两类移动激光在液膜上的加热位置的方案，本文在此对其进行更为详细的说明。首先，是利用机械多轴控制的方法来控制激光发射头在不同空间位置上的运动，从而来实现对液膜不同位置处的激光雕刻，进而配合数控系统在液膜上雕刻出各类不同的图案。但对于上述以1米/秒至3米/秒左右的速度流动的皂膜，这种机械控制的方法并不易于在该皂膜上雕刻出预期的复杂图案。因为激光发射头的机械移动通常要比皂膜在重力驱动下的流动慢很多，这容易使得在皂膜上的实际雕刻图案相比于预期样式出现变形。甚至可能会受限于上述光机扫描系统的扫描速度上限，导致某些图案无法在流动皂膜上雕刻出来。
130.相比较而言，有另外一类可以实现高速激光扫描的方法，也即使用高速扫描转镜或振镜来反射激光，并使被反射的激光照射在液膜上。这类方法本质上改变的是激光传播的方向，也即角度。如上文所述，在本技术实施例中，由于皂膜厚度仅为微米量级，所以改变激光相对于皂膜的入射方向，并不会影响本技术实施例激光雕刻的工艺效果。通过三角函数的关系可知，当上述高速扫描转镜或振镜与皂膜之间的距离越大，在皂膜上被激光照射点的移动速度也会相应地越快。由于高速扫描转镜或振镜的扫描频率通常可以达到数千赫兹甚至更高，所以这类方法可以用于流动皂膜上的激光雕刻。另外，由多组不同轴的高速扫描转镜或振镜所组成的扫描系统可以实现激光在多自由度方向上的高速扫描，进而可以实现在整个皂膜的平面上雕刻出各类复杂的图案。
131.值得一提的是，在实际操作中，如果没有上述的机械多轴控制系统和高速扫描转镜或振镜系统，但仍想要实现快速扫描激光在液膜上的雕刻效果。本技术实施例提供一类简便的操作方法，也即使用可以快速振动的音叉等振动器件。具体来讲，可以将一面光学反射镜安装在音叉的端部，使激光经由该面反射镜被反射至聚焦透镜系统中，对液膜进行聚
焦加热以实现激光雕刻的效果。由于音叉等振动器件的固有振动频率可以达到数百赫兹，在敲击音叉后，由上述反射镜所反射出的激光的空间振动频率即为该音叉的固有振动频率。进而所述流动皂膜会被上述进行快速空间扫描的激光雕刻出丰富的雕刻图案。例如，当上述振荡激光是在水平方向上振动，所述流动皂膜上会被雕刻下一条幅度随时间不断衰减的正弦式凹槽。其实，这正是反映了音叉在被敲击后的振幅随时间的衰减过程。总的来说，这是一类经济、简便、且易于实现的可以使激光进行快速空间扫描并同时在液膜上进行激光雕刻的方法。此外，通过此类方法，音叉等振动器件的微小机械振动可以被光路所放大，并被雕刻记录在流动的皂膜上。此时，流动皂膜就像是心电图记录时或地震记录仪工作时的纸带。这一思路后续可以尝试使用于机械振动记录等方面的研究与应用中。
132.与上述的液膜的激光雕刻方法相对应，本技术实施例还提出一种液膜的激光雕刻装置。由于本技术实施例的装置实施例与上述的方法实施例相对应，对于装置实施例中未披露的细节可参照上述的方法实施例，本技术实施例中不再进行赘述。
133.图10为本公开实施例提供的一种在液膜上进行激光雕刻的装置的结构示意图，如图10所示，包括：
134.构造单元21，用于根据预设配方构造液膜，其中，所述液膜的弹性接近于零，使得施加在所述液膜上的厚度变化可以保持在液膜表面上，不会被液体中的波动传播开；
135.设定单元22，用于根据需要在液膜表面上雕刻的图案信息，设定激光出射参数，不同的雕刻图案的需求信息对应不同的激光出射参数；
136.雕刻单元23，用于根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案。
137.本公开提供的液膜的激光雕刻装置，根据预设配方构造液膜，其中，所述液膜的弹性接近于零，使得施加在所述液膜上的厚度变化可以保持在液膜表面上，不会被液体中的波动传播开。然后，根据需要在液膜表面上雕刻的图案信息，设定激光出射参数，不同的雕刻图案的需求信息对应不同的激光出射参数，根据所述激光出射参数控制激光在所述液膜上雕刻对应的雕刻图案。以构造的弹性接近于零的液膜为基础，控制激光在液膜上完成雕刻，以填补目前无法在液膜上进行激光雕刻的理论空白及技术空白。
138.进一步地，在本实施例一种可能的实现方式中，如图11所示，当所述液膜为皂膜时，所述构造单元21包括：
139.配置模块211，用于根据所述预设配方配制液膜，其中，所述预设配方为表面活性剂分子的浓度大于其本身的临界胶束浓度。
140.构造模块212，用于将所述液膜基于预设液膜制造装置拉制形成按照预设流动速度的液膜。
141.进一步地，在本实施例一种可能的实现方式中，所述预设配方中甘油的质量分数占8％-12％、无碳墨水的质量分数占2％、表面活性剂分子的浓度需要为其本身的临界胶束浓度的4-6倍，皂液的其余部分为去离子水。
142.进一步地，在本实施例一种可能的实现方式中，如图11所示，所述雕刻单元23还用于：
143.基于信号发生器将控制信号传输给激光器，使激光器按照所述激光出射参数射出激光；
144.控制激光经由预设透镜组在液膜上进行聚焦，激光对液膜加热的位置可以随时间来变化；
145.通过激光加热的方法构造出热诱导的液膜表面张力的局部梯度，激发出液膜表面上热诱导的马兰戈尼流动，在液膜表面上构造出液膜的厚度变化；
146.在液膜上雕刻所述激光出射参数对应的雕刻图案。
147.进一步地，在本实施例一种可能的实现方式中，如图11所示，所述装置还包括：
148.处理单元24，用于在激光穿过所述液膜后，射入光束终止器。
149.进一步地，在本实施例一种可能的实现方式中，如图11所示，所述雕刻单元23还用于：
150.将激光入射到包含雕刻图案的镂空模板上；
151.激光入射到所述镂空模板的镂空区域后，将所述镂空区域对应的雕刻图像的激光光线入射到所述液膜上，以完成对液膜的雕刻。
152.进一步地，在本实施例一种可能的实现方式中，如图11所示，所述装置还包括：
153.记录单元25，用于在雕刻过程中，采用干涉法和/或纹影法观察并记录对所述液膜的雕刻过程及结果。
154.需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明，也适用于本实施例的装置，原理相同，本实施例中不再限定。
155.根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
156.图12示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备300的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
157.如图12所示，设备300包括计算单元301，其可以根据存储在rom(read-only memory，只读存储器)302中的计算机程序或者从存储单元308加载到ram(random access memory，随机访问/存取存储器)303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 303中，还可存储设备300操作所需的各种程序和数据。计算单元301、rom 302以及ram 303通过总线304彼此相连。i/o(input/output，输入/输出)接口305也连接至总线304。
158.设备300中的多个部件连接至i/o接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
159.计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元301的一些示例包括但不限于cpu(central processing unit，中央处理单元)、gpu(graphic processing units，图形处理单元)、各种专用的ai(artificial intelligence，人工智能)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、dsp(digital signal processor，数字信号处理器)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元301
执行上文所描述的各个方法和处理，例如在液膜上进行激光雕刻的方法。例如，在一些实施例中，在液膜上进行激光雕刻的方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到设备300上。当计算机程序加载到ram 303并由计算单元301执行时，可以执行上文描述的方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行前述在液膜上进行激光雕刻的方法。
160.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)、asic(application-specific integrated circuit，专用集成电路)、assp(application specific standard product，专用标准产品)、soc(system on chip，芯片上系统的系统)、cpld(complex programmable logic device，复杂可编程逻辑设备)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
161.用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
162.在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、ram、rom、eprom(electrically programmable read-only-memory，可擦除可编程只读存储器)或快闪存储器、光纤、cd-rom(compact disc read-only memory，便捷式紧凑盘只读存储器)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
163.为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(cathode-ray tube，阴极射线管)或者lcd(liquid crystal display，液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
164.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算
系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：lan(local area network，局域网)、wan(wide area network，广域网)、互联网和区块链网络。
165.计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务("virtual private server"，或简称"vps")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
166.其中，需要说明的是，人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考、规划等)的学科，既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。人工智能硬件技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理等技术；人工智能软件技术主要包括计算机视觉技术、语音识别技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习、大数据处理技术、知识图谱技术等几大方向。
167.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
168.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。
169.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。