【技术实现步骤摘要】
一种激光脉宽在线稳定装置及方法
[0001]本专利技术涉及激光脉宽稳定装置，具体涉及一种激光脉宽在线稳定装置及方法。
技术介绍
[0002]超短脉冲激光具有超短和超强的特点，其在三维复杂结构和难加工材料方面具有不可替代的优势，但是考虑超短激光的产生机理，在实际激光加工光路中，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、光束传播过程中光学系统的色散效应、非线性效应、空间空气的色散效应等因素均会引起超快激光脉冲宽度的变化。例如，激光在传导过程中会在诸多透射光学元件(经学者研究超快激光在1
㎝
的玻璃中将会使100fs的脉冲色散展宽约200fs)或空气(3m的空气会使5fs的脉宽展宽至约15fs)中引起色散效应、非线性效应，使得激光脉宽发生展宽。这会严重降低激光加工的结构尺寸一致性和品质(粗糙度、热影响区)。由于作用机理复杂，因此对于任意一个脉宽影响的成因也较为复杂，若分析形成过程中的成因，进而对成因进行一一补偿，则工程量巨大，靠这种方法解决问题是不现实的。因此研究超快激光脉宽的在线检测及稳定技术极为必要。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供一种激光脉宽在线稳定装置及方法，以解决在进行激光加工的时候，由于受环境影响激光脉宽不稳定，导致其加工的产品尺寸不一致且品质较差的技术问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种激光脉宽在线稳定装置，其特殊之处在于：包括依次设置在入射激光所在光路上的脉宽展宽模块、脉宽压缩模块、激光检测模块以及控制器；>[0005]所述脉宽展宽模块包括两个第一调节平台和分别设置在两个第一调节平台作用端的两个正色散啁啾镜；两个所述正色散啁啾镜相对且平行设置在入射激光的光路上；两个第一调节平台用于对应调节两个正色散啁啾镜的角度，进而调节激光光束在两个正色散啁啾镜之间的反射次数；
[0006]所述脉宽压缩模块包括第二调节平台和分别设置在两个第二调节平台作用端的两个负色散光栅；两个所述负色散光栅相对且平行设置于脉宽展宽模块的出射光路上；两个第二调节平台用于对应调节两个负色散光栅的角度和/或距离；
[0007]所述激光检测模块包括分束镜和探测器；所述分束镜设置在脉宽压缩模块的出射光路上，用于将经过脉宽展宽模块和脉宽压缩模块之后的激光光束分为检测激光和加工激光；所述探测器设置在检测激光所在光路上，用于实时检测；
[0008]所述控制器分别与两个第一调节平台、两个第二调节平台以及探测器连接，用于根据探测器探测的激光信号控制两个第一调节平台和两个第二调节平台对加工激光进行调节。
[0009]进一步地，所述脉宽展宽模块还包括两个第三调节平台和分别设置在两个第三调
节平台作用端的平移量补偿镜，两个平移量补偿镜依次位于经两个正色散啁啾镜后的光路上，用于平移经过两个正色散啁啾镜后的激光光轴；两个所述第三调节平台均与所述控制器连接。
[0010]进一步地，两个所述平移量补偿镜为一对光楔或一对平行平板镜。
[0011]进一步地，所述脉宽压缩模块还包括高低镜、第一反射镜和第二反射镜；
[0012]所述高低镜和第一反射镜分别位于两个负色散光栅的两侧，且分别位于经两个负色散光栅反射的激光光束所在光路上；所述第二反射镜位于经高低镜反射的激光光束所在光路上；使得经脉宽展宽模块后的激光光束依次经过两个负色散光栅、第一反射镜、两个所述负色散光栅、高低镜和第二反射镜到达分束镜，且入射激光与加工激光的方向相同。
[0013]进一步地，所述第一反射镜为立方角锥反射棱镜；
[0014]所述第二反射镜为平面反射镜。
[0015]进一步地，所述探测器为双光子光电探测器或多光子光电探测器；
[0016]所述第一调节平台、第二调节平台均为电动位移平台。
[0017]本专利技术还提供了一种激光脉宽在线稳定方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0018]步骤1、预设脉宽值；
[0019]向控制器预设激光加工所需脉宽值；
[0020]步骤2、零位标定；
[0021]测量入射激光的脉宽并发送至控制器，探测器探测检测激光的脉宽并发送至控制器，控制器对比入射激光与检测激光的脉宽差异，并根据所述脉宽差异控制调节两个第一调节平台和/或两个第二调节平台，使得激光光束在两个正色散啁啾镜之间只反射一次，并使探测器探测到的脉宽与预设的脉宽值相等；
[0022]步骤3、实时探测并在线调节；
[0023]加工激光进行加工，探测器实时探测所述检测激光的脉宽并发送至控制器，控制器将检测激光的脉宽与预设的脉宽值进行实时比对；
[0024]若检测激光的脉宽大于预设的脉宽值，则出现脉宽展宽，控制器根据对比结果调控两个第二调节平台，进而调节两个负色散光栅之间的距离，使得探测器探测到的检测激光脉宽与预设的脉宽值相等；
[0025]若检测激光的脉宽小于预设的脉宽值，则出现脉宽压缩，控制器根据对比结果调控两个第一调节平台，进而调节两个正色散啁啾镜的角度，改变激光光束在两个正色散啁啾镜之间的反射次数，使得探测器探测到的检测激光脉宽与预设的脉宽值相等。
[0026]进一步地，步骤2中具体采用标准自相关仪测量入射激光的脉宽。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]1、本专利技术在入射激光与加工激光之间设置了脉宽展宽模块、脉宽压缩模块和激光检测模块，脉宽展宽模块通过控制两个正色散啁啾镜的角度实现不同展宽量的调节，脉宽压缩模块通过控制两个负色散光栅之间距离实现激光脉宽压缩，激光检测模块实时检测加工激光的脉宽并实时反馈调节；该激光脉宽稳定装置使得加工激光的稳定性能够得到实质性的提高，加工精度更高，极大程度的保证了激光加工结构尺寸的一致性，加工产品的品质更高，能够有效控制激光加工过程中因脉宽展宽导致的热影响显著(重铸、裂纹、再结晶等)，避免降低材料表面的粗糙度。
[0029]2、本专利技术提供的激光脉宽在线稳定装置将脉宽展宽模块和脉宽压缩模块设置为一体且共光路装置，中间不涉及切换装置，提高了在线稳定脉宽的效率。
[0030]3、本专利技术脉宽展宽模块采用了可以灵活调整角度的正色散啁啾镜，能够实现不同脉宽展宽量的调节。
[0031]4、本专利技术在脉宽展宽模块中配置有两个可以进行调节的平移量补偿镜，通过调节两个平移量补偿镜的距离或角度，可以最大程度的补偿不同脉宽展宽量所带来的光轴偏移。
[0032]5、本专利技术将激光检测模块设置于靠近加工激光的位置，也就是采取了前端补偿、后端探测的结构设计，这样最大程度的保证了加工激光脉宽的稳定性。
[0033]6、本专利技术在脉宽压缩模块中还设置了高低镜、第一反射镜、第二反射镜，高低镜能够抬高激光光束，使光路更紧凑，避免激光光束受干扰；此外高低镜、第一反射镜、第二反射镜与两个负色散光栅的结合使得整个稳定装置更加紧凑，便于在整机或实验系统中集成。
[0034]7.本专利技术使用立方角锥反射棱镜，降低了安装精度要求，使用过程中激光光束本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光脉宽在线稳定装置，其特征在于：包括依次设置在入射激光(01)所在光路上的脉宽展宽模块(1)、脉宽压缩模块(2)、激光检测模块(3)以及控制器；所述脉宽展宽模块(1)包括两个第一调节平台和分别设置在两个第一调节平台作用端的两个正色散啁啾镜(11)；两个所述正色散啁啾镜(11)相对且平行设置在入射激光(01)的光路上；两个第一调节平台用于对应调节两个正色散啁啾镜(11)的角度，进而调节激光光束在两个正色散啁啾镜(11)之间的反射次数；所述脉宽压缩模块(2)包括第二调节平台和分别设置在两个第二调节平台作用端的两个负色散光栅(21)；两个所述负色散光栅(21)相对且平行设置于脉宽展宽模块(1)的出射光路上；两个第二调节平台用于对应调节两个负色散光栅(21)的角度和/或距离；所述激光检测模块(3)包括分束镜(31)和探测器(32)；所述分束镜(31)设置在脉宽压缩模块(2)的出射光路上，用于将经过脉宽展宽模块(1)和脉宽压缩模块(2)之后的激光光束分为检测激光(02)和加工激光(03)；所述探测器(32)设置在检测激光(02)所在光路上，用于实时检测；所述控制器分别与两个第一调节平台、两个第二调节平台以及探测器(32)连接，用于根据探测器(32)探测的激光信号控制两个第一调节平台和两个第二调节平台对加工激光(03)进行调节。2.根据权利要求1所述的激光脉宽在线稳定装置，其特征在于：所述脉宽展宽模块(1)还包括两个第三调节平台和分别设置在两个第三调节平台作用端的平移量补偿镜(12)，平移量补偿镜(12)依次位于经两个正色散啁啾镜(11)后的光路上，用于平移经过两个正色散啁啾镜(11)后的激光光轴；两个所述第三调节平台均与所述控制器连接。3.根据权利要求2所述的激光脉宽在线稳定装置，其特征在于：两个所述平移量补偿镜(12)为一对光楔或一对平行平板镜。4.根据权利要求1或2或3所述的激光脉宽在线稳定装置，其特征在于：所述脉宽压缩模块(2)还包括高低镜(22)、第一反射镜(23)和第二反射镜(24)；所述高低镜(22)和第一反射镜(23)分别位于两个负色散光栅(21)的两侧，且分别位于经两个负色散光栅(21)反射...
【专利技术属性】
技术研发人员：李珣，李明，
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：
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