一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法技术

本发明专利技术具体涉及一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法，用于解决单个脉冲激光难以快速转化为多重脉冲串的问题。本发明专利技术，步骤1，种子源释放激光；步骤2，激光按照光路传向分束器，脉冲采集控制电路采集到激光的脉冲同步信号；激光通过分束器后依次进入展宽器和声光调制器，声光调制器在控制门电平信号的作用下降低激光的脉冲频率，并且生成多重脉冲串；步骤3，激光通过放大器，使得脉冲的能量增加；步骤4，激光脉冲能量增大后利用色散补偿实现脉冲宽度变窄；步骤5，激光通过透镜调整激光射入透镜的角度、距离对激光进行处理，完善激光的光学参数；步骤6，完善光学参数的激光最终经过声光快门输出带有多重脉冲串的超短脉冲激光。声光快门输出带有多重脉冲串的超短脉冲激光。声光快门输出带有多重脉冲串的超短脉冲激光。

【技术实现步骤摘要】
一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法


[0001]本专利技术涉及一种激光加工方法，具体涉及一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法。

技术介绍

[0002]超快激光是指脉冲宽度为ps或者fs量级的激光器，因其脉冲宽度极短，所以单个脉冲的峰值功率极高，在精密加工、激光雷达、生物医学等科研领域具有较好的应用效果。
[0003]现有部分金属原材料，必须在较低的反复频率下工作。例如在2MHz，50W的超快激光器系统中，需要在较低的重复频率(500kHz)下工作，否则会由于重复频率过高材料会引起热积累效应。在这种情况下，单个脉冲直接降频到500KHz功率会降低到12.5W，这将导致超快激光的加工效率大大降低。
[0004]将单个脉冲分为一段时间内的脉冲串，脉冲串整体能量不变，脉冲串内部脉冲个数可选，所以脉冲串内部脉冲能量平分。整体脉冲能量不变，加工效率不变，单个脉冲峰值功率减小，使得光学参数放大效率，光斑特性得到更好优化，其次短时内的脉冲分布使加工时的热积累减少，极大提高了加工效果。
[0005]但是，目前将单个脉冲转化为多重脉冲串的技术复杂，难以快速实现输出带有脉冲串的激光。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法，用于解决现有单个脉冲激光难以快速转化为多重脉冲串的问题。
[0007]为实现上述目标，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1，种子源释放激光；
[0010]步骤2，激光按照光路传向分束器，分束器按照激光的功率大小将激光分为第一光束和第二光束，第一光束按照光路进入脉冲采集控制电路，脉冲采集控制电路采集激光的脉冲同步信号，并将脉冲同步信号转换成频率降低的控制门电平信号；第二光束进入展宽器后输入声光调制器，声光调制器在控制门电平信号的作用下将第二光束转换为带有多重脉冲串的脉冲激光；
[0011]步骤3带有多重脉冲串的脉冲激光通过放大器进行增益放大，使得脉冲的能量增加；
[0012]步骤4，脉冲激光脉冲能量增大后利用色散补偿实现每个脉冲的宽度变窄；
[0013]步骤5，宽度变窄的脉冲激光入射至透镜中，通过调整脉冲激光射入透镜的角度、距离对脉冲激光进行处理，完善脉冲激光的光学参数，所述光学参数包括质量因子M2指标、光斑圆度和光斑大小；
[0014]步骤6，完善光学参数的脉冲激光最终经过声光快门输出带有多重脉冲串的超短
脉冲激光；
[0015]激光脉冲同步信号通过激光同步及高速DA电路控制声光快门工作。
[0016]进一步地，步骤2中，所述脉冲采集控制电路在所述脉冲同步信号的作用下输出控制门电平信号，控制门电平信号加载于射频驱动器，射频驱动器输出同步宽度的射频门信号；
[0017]射频门信号的周期决定了输出激光的重频，射频门信号的门宽决定了多重脉冲串的个数。
[0018]进一步地，所述步骤2中，所述脉冲同步信号与种子源释放的激光的周期相同。
[0019]进一步地，所述步骤1中的种子源为20MHz
‑
80MHz。
[0020]进一步地，所述步骤3中，激光经过啁啾脉冲放大技术实现增益放大，使得脉冲激光脉冲的能量增加。
[0021]进一步地，步骤2中，所述脉冲激光包含的功率大于所述第一光束中包含的功率。
[0022]进一步地，所述步骤5中，调整脉冲激光射入透镜的角度、距离，使得M2≤1.3、像散值≤0.2、光斑圆度值≥90％。
[0023]进一步地，步骤6中，经过声光快门后的超短脉冲激光最终输出功率OUT＝P*IN，P为比例系数，P值决定于激光同步及高速DA控制信号，输出关系为P＝SetV*0.2，其中SetV为DA输出电压值，取值范围为0
‑
5V，对应P的取值为0
‑
1。
[0024]进一步地，步骤1中，所述种子光源的频率为50MHz；
[0025]步骤2中，所述射频门信号频率为200KHz，门宽为60ns；
[0026]步骤3中，所述多重脉冲串的脉冲个数为3个。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果具体如下：
[0028](1)本专利技术通过控制激光的频率、单个脉冲的能量、脉冲宽度实现快速制备可用的超短脉冲激光。
[0029](2)本专利技术提供的多重脉冲制造技术，通过高速高精度控制方法实现了可以精确到单个脉冲的选择功能。通过实时的高速DA控制射频驱动器加载在声光快门上的射频输出功率，实现声光快门控制激光单个脉冲的输出功率，从而可以控制脉冲串的包络形状(例如脉冲串幅度持续上升或者持续下降)，声光快门的开关频率可以达到50MHz，实现了其他方法无法实现的单个脉冲控制功能。
[0030](3)本专利技术提供的多重脉冲制造技术，它不但可以调节脉冲串包络中的子脉冲总数和脉冲串的间隔时间，还能够维持超快激光的最高功率。运用超快激光多重脉冲串的作用，解决了传统超快激光器无法同时满足的既能确保超快激光微生产加工的品质，又能提升生产能力的技术难点。
附图说明
[0031]图1为本专利技术带有多重脉冲串的超短脉冲激光制备流程图；
[0032]图2为本专利技术中脉冲以及脉冲串示意图；
[0033]图3为本专利技术中制备多重脉冲串的控制线路原理框图；
[0034]图4为本专利技术中脉冲串选择原理示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步地详细说明。
[0036]一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法，多重脉冲串技术是一种在脉冲串内部的脉冲再次细分为多个脉冲。
[0037]如图2所示，多重脉冲串就是在脉冲串里嵌套脉冲串，由两层脉冲串组成，且第二层脉冲串中存在多个脉冲。其中，第一层脉冲串由光开关处决定，脉冲个数可以选择，脉冲串内部周期为降频后的脉冲周期，第一层脉冲串用于控制多重脉冲串整体的频率。第二层脉冲串由降频处决定，脉冲个数同样可选，脉冲串内部的脉冲周期为种子源周期，第二层脉冲串用于控制多重脉冲串的具体数量。具体的多重脉冲串内包含的脉冲个数，在进行加工时根据实际情况对应的工艺参决定。
[0038]如图3、图4所示，本专利技术中脉冲串选择原理为：首先采集脉冲激光，实现脉冲同步控制，经过脉冲选择后，输出一定宽度的脉冲串控制电平，脉冲串控制电平加载于射频驱动器上。输出同步宽度射频作用于声光调制器上。晶体对于输入的激光进行衍射，经过快速的开关选择，最终输出脉冲串激光。
[0039]如图1和图3所示，提供了一种带有多重脉冲串的超快脉冲激光制备原理，超短脉冲串的具体制备过程如下：
[0040]步骤1，激光释放，20MHz
‑
80MHz的种子源开始释放激光。
[0041]步骤2，激光按照光路传向分束器，分束器按照光的功率的大小1:99分为第一光束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，种子源释放激光；步骤2，激光按照光路传向分束器，分束器按照激光的功率大小将激光分为第一光束和第二光束，第一光束按照光路进入脉冲采集控制电路，脉冲采集控制电路采集激光的脉冲同步信号，并将脉冲同步信号转换成频率降低的控制门电平信号；第二光束进入展宽器后输入声光调制器，声光调制器在控制门电平信号的作用下将第二光束转换为带有多重脉冲串的脉冲激光；步骤3带有多重脉冲串的脉冲激光通过放大器进行增益放大，使得脉冲的能量增加；步骤4，脉冲激光脉冲能量增大后利用色散补偿实现每个脉冲的宽度变窄；步骤5，宽度变窄的脉冲激光入射至透镜中，通过调整脉冲激光射入透镜的角度、距离对脉冲激光进行处理，完善脉冲激光的光学参数，所述光学参数包括质量因子M2指标、光斑圆度和光斑大小；步骤6，完善光学参数的脉冲激光最终经过声光快门输出带有多重脉冲串的超短脉冲激光；激光脉冲同步信号通过激光同步及高速DA电路控制声光快门工作。2.根据权利要求1所述的一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法，其特征在于，步骤2中，所述脉冲采集控制电路在所述脉冲同步信号的作用下输出控制门电平信号，控制门电平信号加载于射频驱动器，射频驱动器输出同步宽度的射频门信号；射频门信号的周期决定了输出激光的重频，射频门信号的门宽决定了多重脉冲串的个数。3.根据权利要求1或2所述的一种带有多重脉冲串的超短脉冲激光加工方法，其特征在于，所述步骤2中，所述脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚明，赵盼，杨洋，李峰，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：