一种用于激光加工的在线检测调控装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于激光加工的在线检测调控装置与方法，以解决现有的激光调控装置体积庞大且展宽能力低，导致激光加工精度低的技术问题。具体包括光源、第一棱栅组件、第二棱栅组件、分光镜组件、激光探测器及控制单元；光源发射入射激光；第一棱栅组件和第二棱栅组件依次设置于入射激光所在光路上，用于实时调节入射激光的脉宽，并形成第一出射光；分光镜组件设置于第一出射光所在光路上，用于将第一出射光分束为加工激光和检测激光；激光探测器设置于检测激光所在光路上，用于实时探测检测激光的脉宽；控制单元与第一棱栅组件、第二棱栅组件、分光镜组件及激光探测器连接，用于实时调节第一棱栅组件、第二棱栅组件及分光镜组件。件。件。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光加工的在线检测调控装置与方法


[0001]本专利技术涉及脉冲在线检测装置及方法，具体涉及一种用于激光加工的在线检测调控装置与方法。

技术介绍

[0002]在超快激光加工过程中，由于激光器内部脉宽控制组件的热效应、冷却的热梯度、机械振动等使得出射激光的脉宽本身会产生展宽或者压缩，此外，激光在传导过程中会通过诸多透射光学元件、空气引起色散效应、非线性效应使得脉宽发生展宽，例如：1
㎝
的玻璃中将会使100fs的脉冲色散展宽约200fs；3m的空气使5fs的脉冲色散展宽至约15fs；这会严重降低激光加工的粗糙度、热影响区、结构尺寸的一致性等，从而降低激光加工品质，因此研究超快激光脉宽的在线检测与校正技术极为必要。
[0003]在激光加工领域，尚未见有激光脉宽在线检测与调控相关的装置或方法报道，但是在激光技术中，对脉宽波动的校正会用到激光脉宽的展宽及压缩技术，该技术主要用于激光器技术，从原理上来说其可以分为三类：
[0004]第一，棱镜对，通过设计棱镜对对间距以及调节插入位置改变正负二阶色散量的大小，控制范围100fs量级，适用于补偿1cm级的材料体色散以及大于20fs的飞秒脉冲激光，常用于飞秒激光谐振腔，具有光能利用率较高、可校正二阶色散与三阶色散的优点，但当展宽比达到104时，对宽光谱的飞秒激光脉冲，棱镜的大小将会超出可以接受的范围导致整个装置非常庞大，且第二个棱镜处较大的材料插入量将引入大量的正色散，从而导致棱镜的展宽能力降低。
[0005]第二，光栅对，通过设计光栅对对间距以及入射角度实现脉宽的展宽或者压缩，具有提供高量值的群速度色散、脉宽控制范围大的优点，但其存在不能完全补偿放大过程中材料引入的高阶色散，因而得不到傅里叶变换极限的压缩脉冲，而且压缩器光栅的低传输效率会损失大量的能量。
[0006]第三，GTI镜、啁啾镜等，可用于精密控制微小色散量，但其色散补偿量难以实现一定范围内的连续调节，仅适用于周期量级光脉冲(＜10fs)的色散控制。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种用于激光加工的在线检测调控装置与方法，以解决现有的激光调控装置体积庞大且展宽能力低，导致激光加工精度低的技术问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种用于激光加工的在线检测调控装置，其特殊之处在于：包括光源、第一棱栅组件、第二棱栅组件、分光镜组件、激光探测器以及控制单元；
[0009]所述光源发射入射激光；
[0010]所述第一棱栅组件和第二棱栅组件依次设置于入射激光所在光路上，用于实时调节入射激光的脉宽，并形成第一出射光；
[0011]所述分光镜组件设置于第一出射光所在光路上，用于将第一出射光分束为加工激光和检测激光；
[0012]所述激光探测器设置于检测激光所在光路上，用于实时探测检测激光的脉宽；
[0013]所述控制单元与第一棱栅组件、第二棱栅组件、分光镜组件以及激光探测器连接，用于根据激光探测器的探测结果实时调节第一棱栅组件、第二棱栅组件以及分光镜组件。
[0014]进一步地，所述第一棱栅组件包括搭载有光栅全息图的第一空间光调制器，以及第二位移平台、第一色散棱镜和第三位移平台；
[0015]所述第一空间光调制器设置于第二位移平台上，并位于所述入射激光所在光路上；所述第二位移平台用于调节第一空间光调制器所在位置及角度；
[0016]所述第一色散棱镜设置于第三位移平台上；所述第三位移平台用于将第一色散棱镜移至/移出入射激光所在光路；所述第一色散棱镜用于使入射激光发生色散并入射至第一空间光调制器，同时接收经第一空间光调制器调制后的光线并将其折射而出，形成入射激光的折射光线；
[0017]所述第一空间光调制器、第二位移平台以及第三位移平台分别与所述控制单元连接；
[0018]所述第二棱栅组件设置于所述折射光线所在光路上。
[0019]进一步地，所述第二棱栅组件包括搭载有光栅全息图的第二空间光调制器，以及第四位移平台、第二色散棱镜和第五位移平台；
[0020]所述第二空间光调制器设置于第四位移平台上，并位于所述折射光线所在光路上；所述第四位移平台用于调节第二空间光调制器所在位置及角度；
[0021]所述第二色散棱镜设置于第五位移平台上；所述第五位移平台用于将第二色散棱镜移至/移出折射光线所在光路；所述第二色散棱镜用于接收折射光线并将其入射至第二空间光调制器，再接收经第二空间光调制器调制后的光线并将其反射成第一出射光；
[0022]所述第二空间光调制器、第四位移平台以及第五位移平台分别与所述控制单元连接。
[0023]进一步地，还包括设置于第一棱栅组件和第二棱栅组件之间，且位于折射光线所在光路上的等腰棱镜组件；
[0024]所述等腰棱镜组件包括反射式等腰棱镜和第六位移平台；
[0025]所述反射式等腰棱镜设置于第六位移平台上；所述第六位移平台与控制单元连接，用于移动反射式等腰棱镜，以改变反射式等腰棱镜与第一棱栅组件和第二棱栅组件间的距离，或者将反射式等腰棱镜移至/移出折射光线所在光路；所述反射式等腰棱镜用于接收经第一棱栅组件后的折射光线并将其出射至第二棱栅组件。
[0026]进一步地，还包括第一反射镜、第一位移平台以及反射镜组件；
[0027]所述第一反射镜设置于第一位移平台上；所述第一位移平台用于将第一反射镜移至/移出入射激光所在光路；所述第一反射镜用于将入射激光反射为第一反射光；
[0028]所述反射镜组件设置于第一反射光所在光路上，用于将第一反射光反射为第二出射光；
[0029]所述第二出射光所在光路与第一出射光所在光路相交于可变交点处；
[0030]所述分光镜组件与可变交点对应，所述分光镜组件还用于将第二出射光分束为加
工激光和检测激光；
[0031]所述控制单元与第一位移平台连接。
[0032]进一步地，所述分光镜组件包括分光镜和第七位移平台；
[0033]所述分光镜设置于所述第七位移平台上；所述第七位移平台与控制单元连接，用于沿第二出射光所在光路调节分光镜的位置，以使分光镜始终位于所述可变交点处。
[0034]进一步地，所述第一色散棱镜为等边色散棱镜，其边长为s；
[0035]所述第二色散棱镜为等边色散棱镜，其边长为2s。
[0036]进一步地，所述第一色散棱镜和第二色散棱镜均采用BK7玻璃制成；
[0037]所述第一空间光调制器和第二空间光调制器的光栅常数为1200线/mm。
[0038]进一步地，所述反射镜组件包括依次设置在第一反射光所在光路上的第二反射镜和第三反射镜；
[0039]所述激光探测器为双光子探测器。
[0040]同时，本专利技术还提供了一种用于激光加工的在线检测调控方法，基于上述的用于激光加工的在线检测调控装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0041]步骤1、标定
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光加工的在线检测调控装置，其特征在于：包括光源、第一棱栅组件(2)、第二棱栅组件(3)、分光镜组件、激光探测器(4)以及控制单元；所述光源发射入射激光(01)；所述第一棱栅组件(2)和第二棱栅组件(3)依次设置于入射激光(01)所在光路上，用于实时调节入射激光(01)的脉宽，并形成第一出射光(04)；所述分光镜组件设置于第一出射光(04)所在光路上，用于将第一出射光(04)分束为加工激光(06)和检测激光(07)；所述激光探测器(4)设置于检测激光(07)所在光路上，用于实时探测检测激光(07)的脉宽；所述控制单元与第一棱栅组件(2)、第二棱栅组件(3)、分光镜组件以及激光探测器(4)连接，用于根据激光探测器(4)的探测结果实时调节第一棱栅组件(2)、第二棱栅组件(3)以及分光镜组件。2.根据权利要求1所述的用于激光加工的在线检测调控装置，其特征在于：所述第一棱栅组件(2)包括搭载有光栅全息图的第一空间光调制器(21)，以及第二位移平台、第一色散棱镜(22)和第三位移平台；所述第一空间光调制器(21)设置于第二位移平台上，并位于所述入射激光(01)所在光路上；所述第二位移平台用于调节第一空间光调制器(21)所在位置及角度；所述第一色散棱镜(22)设置于第三位移平台上；所述第三位移平台用于将第一色散棱镜(22)移至/移出入射激光(01)所在光路；所述第一色散棱镜(22)用于使入射激光(01)发生色散并入射至第一空间光调制器(21)，同时接收经第一空间光调制器(21)调制后的光线并将其折射而出，形成入射激光(01)的折射光线(011)；所述第一空间光调制器(21)、第二位移平台以及第三位移平台分别与所述控制单元连接；所述第二棱栅组件(3)设置于所述折射光线(011)所在光路上。3.根据权利要求2所述的用于激光加工的在线检测调控装置，其特征在于：所述第二棱栅组件(3)包括搭载有光栅全息图的第二空间光调制器(31)，以及第四位移平台、第二色散棱镜(32)和第五位移平台；所述第二空间光调制器(31)设置于第四位移平台上，并位于所述折射光线(011)所在光路上；所述第四位移平台用于调节第二空间光调制器(31)所在位置及角度；所述第二色散棱镜(32)设置于第五位移平台上；所述第五位移平台用于将第二色散棱镜(32)移至/移出折射光线(011)所在光路；所述第二色散棱镜(32)用于接收折射光线(011)并将其入射至第二空间光调制器(31)，再接收经第二空间光调制器(31)调制后的光线并将其反射成第一出射光(04)；所述第二空间光调制器(31)、第四位移平台以及第五位移平台分别与所述控制单元连接。4.根据权利要求3所述的用于激光加工的在线检测调控装置，其特征在于：还包括设置于第一棱栅组件(2)和第二棱栅组件(3)之间，且位于入射激光(01)折射光线(011)所在光路上的等腰棱镜组件；所述等腰棱镜组件包括反射式等腰棱镜(5)和第六位移平台；
所述反射式等腰棱镜(5)设置于第六位移平台上；所述第六位移平台与控制单元连接，用于移动反射式等腰棱镜(5)，以改变反射式等腰棱镜(5)与第一棱栅组件(2)和第二棱栅组件(3)间的距离，或者将反射式等腰棱镜(5)移至/移出折射光线(011)所在光路；所述反射式等腰棱镜(5)用于接收经第一棱栅组件(2)后的折射光线(011)并将其出射至第二棱栅组件(3)。5.根据权利要求4所述的用于激光加工的在线检测调控装置，其特征在于：还包括第一反射镜(1)、第一位移平台以及反射镜组件；所述第一反射镜(1)设置于第一位移平台上；所述第一位移平台用于将第一反射镜(1)移至/移出入射激光(01)所在光路；所述第一反射镜(1)用于将入射激光(01)反射为第一反射光(02)；所述反射镜组件设置于第一反射光(02)所在光路上，用于将第一反射光(02)反射为第二出射光(03)；所述第二出射光(03)所在光路与第一出射光(04)所在光路相交于可变交点(05)处；所述分光镜组件与可变交点(05)对应，所述分光镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，李珣，
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：