一种连续调整激光成丝长度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种连续调整激光成丝长度的装置及方法，包括飞秒激光源、第一聚焦透镜和透明介质，透明介质设于飞秒激光源和第一聚焦透镜之间，透明介质的轴线平行于飞秒激光源发射的飞秒激光的光路，透明介质与光路重叠。本发明专利技术在飞秒激光聚焦成光丝之前的光路中垂直插入透明介质，使得透明介质与光路重叠，通过调整透明介质与光路的截面重叠部分垂直高度或改变透明介质的厚度，连续调整聚焦形成的光丝长度，使得光丝长度达到要求光丝长度。本发明专利技术能连续调整激光成丝长度，操作简单、效果显著、精确度较高，且应用过程中不会使得装置某些部分能量大幅提高，具有较高的安全性。

A device and method for continuously adjusting laser filament length

The invention provides a device and a method for continuously adjusting the length of laser filamentation, including a femtosecond laser source, a first focusing lens and a transparent medium, a transparent medium between a femtosecond laser source and a first focusing lens, a transparent medium whose axis is parallel to the optical path of a femtosecond laser emitted by a femtosecond laser source, a transparent medium and an optical path. Overlap. The invention inserts transparent medium vertically into the optical path before femtosecond laser focusing into the optical filament, so that the transparent medium and the optical path overlap. By adjusting the vertical height of the overlapping section of the transparent medium and the optical path or changing the thickness of the transparent medium, the length of the optical filament formed by the focusing is continuously adjusted, so that the length of the optical filament reaches the required length of the optical filament. Length. The invention can continuously adjust the length of laser filamentation, has the advantages of simple operation, remarkable effect and high accuracy, and does not greatly increase the energy of some parts of the device in the application process, and has high safety.

【技术实现步骤摘要】
一种连续调整激光成丝长度的装置及方法
本专利技术涉及超强激光物理领域，尤其涉及一种连续调整激光成丝长度的装置及方法。
技术介绍
随着激光技术的不断发展，超强激光在实际生活生产中的应用也越来越广泛。超强激光通常处于大气环境中，因此与空气的相互作用是不可避免的。飞秒激光作为超强激光的一种，在大气中传播时会产生一系列的线性和非线性效应，其中，对成丝影响最主要的是克尔自聚焦和等离子体散焦的动态平衡。这几种效应使得飞秒激光不像普通激光穿过聚焦透明之后会聚焦成一个点，而是成为一条发光的等离体子体通道。由于等离子体的导电和发射荧光光谱等特性，使得激光成丝在科研和工业上具有广阔的应用前景和重要的实用价值。激光成丝的典型应用包括大气遥感、激光引雷、激光诱导光谱学、高次谐波产生、阿秒脉冲产生、亚太赫兹辐射产生，在各种航天器件、仿生材料上制备微米级深孔。目前，延长光丝最简单的办法是增加飞秒激光脉冲的能量，但这种做法只能使光丝较少地延长；在光丝周围增加一个锥形收敛的环形高斯光束，可以使光丝延长一个阶次，但这种方法需要消耗相当于原光丝5倍的能量；利用空间光调制器产生的多焦距光束可以把光丝延长约1被，但这种方法需要利用空间光调制器，方法比较复杂。另外，为了保证应用效果，某些应用对光丝的长度要求较高，需要连续调整光丝的长度，达到在应用中延长或缩短光丝的长度，比如激光引雷需要光丝的长度较长，达到较好的引雷效果；而激光荧光光谱则需要缩短光丝的长度，使得荧光光谱的能量集中，信号较强；再例如制备航天精密材料时，针对不同直径的孔则需要利用不同长度的光丝。因此，单一延长或缩短光丝在需要连续调整光丝长度的技术场合已不能适用，容易使得操作繁琐、精确度不高。
技术实现思路
为了解决目前技术只能通过单一延长或缩短光丝固定调整光丝长度，而不能在应用中连续调整光丝长度，即连续延长或缩短的光丝长度的问题，一方面，本专利技术提供了一种连续调整激光成丝长度的装置，包括飞秒激光源、第一聚焦透镜和透明介质，透明介质设于飞秒激光源和第一聚焦透镜之间，透明介质的轴线平行于飞秒激光源发射的飞秒激光的光路，透明介质与光路重叠。优选地，本连续调整激光成丝长度的装置还包括第二聚焦透镜和光丝长度测量仪，第二聚焦透镜设于飞秒激光穿过第一聚焦透镜之后形成的光丝和光丝长度测量仪之间，第二聚焦透镜的轴线和光丝的轴线垂直。优选地，本连续调整激光成丝长度的装置还包括微型处理器，微型处理器和光丝长度测量仪电连接。优选地，透明介质的材料包括石英、玻璃或塑料。优选地，透明介质的厚度为0.5-3mm。优选地，飞秒激光源发射的飞秒激光的中心波长为700-900nm,单脉冲能量为3-4mJ，重复频率为800-1200Hz。优选地，光丝长度测量仪包括瞬态光谱仪或增强型图像传感器。另一方面，本专利技术还提供了一种连续调整激光成丝长度的方法，包括：S1、将飞秒激光聚焦成光丝；S2、在飞秒激光聚焦成光丝之前的光路中垂直插入透明介质，使得透明介质与光路重叠。优选地，步骤S2之后还包括：S3、测量光丝长度并与要求光丝长度比较；S4、若光丝长度与要求光丝长度一致，则停止调整；若光丝长度与要求光丝长度不一致，则调整透明介质与光路的重叠截面的垂直高度或改变透明介质的厚度，直至光丝长度与要求光丝长度一致。优选地，步骤S4中，调整透明介质与光路重叠截面的垂直高度或改变透明介质的厚度，包括：S41、绘制透明介质的厚度、透明介质与光路重叠截面的垂直高度与光丝长度的函数关系图；S42、确定透明介质的厚度，根据函数关系图，调整透明介质与光路重叠截面的垂直高度，使光丝长度与要求光丝长度一致。本专利技术提供了一种连续调整激光成丝长度的方法，通过将飞秒激光穿过第一聚焦透镜聚焦之前的光路上垂直插入透明介质，使得透明介质与光路重叠；用光丝长度测量仪测量飞秒激光穿过第一聚焦透镜之后聚焦形成的光丝长度，若与要求光丝长度不一致，则调整透明介质与飞秒激光穿过第一聚焦透镜之前的光路重叠截面的垂直高度或改变透明介质的厚度，使得聚焦形成的光丝长度与要求光丝长度一致。本专利技术在飞秒激光聚焦成光丝之前的光路中垂直插入透明介质，使得透明介质与光路重叠，通过调整透明介质与光路重叠截面的垂直高度或改变透明介质的厚度，连续调整聚焦形成的光丝长度，使得光丝长度达到要求光丝长度。本专利技术能连续调整激光成丝长度，操作简单、效果显著、精确度较高，且应用过程中不会使得装置某些部分能量大幅提高，具有较高的安全性。附图说明图1为根据本专利技术一个优选实施例的一种连续调整激光成丝长度的装置示意图；图2为根据本专利技术一个优选实施例的一种连续调整激光成丝长度的方法流程图；图3为根据本专利技术一个优选实施例的透明介质的厚度、透明介质与光路重叠截面的垂直高度与光丝长度的函数关系图；图4为根据本专利技术一个优选实施例的透明介质的厚度、透明介质与光路重叠截面的垂直高度与光丝长度的函数关系图；其中：1.飞秒激光器2.透明介质3.第一聚焦透镜4.光丝5.第二聚焦透镜6.光丝长度测量仪7.微型处理器8.挡板。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为根据本专利技术一个优选实施例的一种连续调整激光成丝长度的装置示意图，如图1所示，本专利技术提供了一种连续调整激光成丝长度的装置，包括飞秒激光器1、第一聚焦透镜3和透明介质2，透明介质2设于飞秒激光器1和第一聚焦透镜3之间，透明介质2的轴线平行于飞秒激光器1发射的飞秒激光的光路，透明介质2与光路重叠。具体地，飞秒激光器1发射飞秒激光穿过第一聚焦透镜3聚焦成光丝4，在飞秒激光到达第一聚焦透镜3之前的光路中垂直插入透明介质2，即透明介质2的轴线与飞秒激光到达第一聚焦透镜3之前的光路平行，使得透明介质2与光路部分或全部重叠。其中，透明介质2垂直光路可防止透明介质2散射，对操作人员造成伤害。飞秒激光脉冲在空气中传播的移动焦点模型认为，在慢变振幅近似下，激光脉冲在时间上可以分为多层。本实施例中，飞秒激光脉冲在时间上是高斯分布，不同位置对应的分层功率使不同的，在飞秒的时间尺度上，不超过自聚焦临界功率的分层的聚焦位置几乎在同一点；而超过自聚焦临界功率的分层的聚焦位置不再为同一点，会伴随着自聚焦产生一条等离子体通道，即由于不同的功率对应不同的聚焦位置，形成一个序列，即光丝4。光丝4能量密度变小，则会导致变远；光丝4能量变小，则会导致变短。透明介质2部分或全部遮挡光路，将光路中未被透明介质2遮挡的部分称为主激光部分，将光路中被透明介质2遮挡的部分称为次激光部分。主激光部分由于未被透明介质2遮挡，因此能量密度不变，但由于面积变小，故能量变小，导致主激光部分的聚焦位置变近；而次激光部分由于光路被透明介质2遮挡，因此能量密度变小，导致次激光部分的聚焦位置变远。主激光部分和次激光部分的聚焦合成之后，组成最终形成的光丝4。本实施例通过在飞秒激光器1发射的飞秒激光到第一聚焦透镜3之前的光路中垂直插入透明介质2，使得部分或全部光路被透明介质2遮挡，改变了飞秒激光的能量分布，从而对飞秒激光进行调制，以改变聚焦后光丝4的长度，直至达到要求的光丝4长度。本实施例操作简单，效果显著，具有较广的应用场景。进一步，在飞秒激光穿过第一聚焦透镜3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续调整激光成丝长度的装置，其特征在于，包括飞秒激光源、第一聚焦透镜和透明介质，所述透明介质设于所述飞秒激光源和所述第一聚焦透镜之间，所述透明介质的轴线平行于所述飞秒激光源发射的飞秒激光的光路，所述透明介质与所述光路重叠。

【技术特征摘要】
1.一种连续调整激光成丝长度的装置，其特征在于，包括飞秒激光源、第一聚焦透镜和透明介质，所述透明介质设于所述飞秒激光源和所述第一聚焦透镜之间，所述透明介质的轴线平行于所述飞秒激光源发射的飞秒激光的光路，所述透明介质与所述光路重叠。2.根据权利要求1所述的一种连续调整激光成丝长度的装置，其特征在于，还包括第二聚焦透镜和光丝长度测量仪，所述第二聚焦透镜设于所述飞秒激光穿过所述第一聚焦透镜之后形成的光丝和所述光丝长度测量仪之间，所述第二聚焦透镜的轴线和所述光丝的轴线垂直。3.根据权利要求2所述的一种连续调整激光成丝长度的装置，其特征在于，还包括微型处理器，所述微型处理器和所述光丝长度测量仪电连接。4.根据权利要求1所述的一种连续调整激光成丝长度的装置，其特征在于，所述透明介质的材料包括石英、玻璃或塑料。5.根据权利要求1所述的一种连续调整激光成丝长度的装置，其特征在于，所述透明介质的厚度为0.5-3mm。6.根据权利要求1所述的一种连续调整激光成丝长度的装置，其特征在于，所述飞秒激光源发射的飞秒激光的中心波长为700-900nm，单脉冲能量为3-4mJ，重复频率为800-1200Hz。7.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世炳，李瑶，宋海英，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11