[发明专利]一种包络可调的超短脉冲序列产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种激光脉冲生成装置及方法，特别是涉及一种包络可调的超短脉冲序列产生装置及方法。

背景技术

随着激光加工技术的发展，采用超短脉冲、超高强度、超短波长激光对材料进行加工已成为可能。超短脉冲激光的瞬间功率极大，可以和几乎任何材料发生相互作用，因而可用于超短脉冲激光加工的材料几乎不受限制。超短脉冲激光精密加工可以得到高于长脉冲激光加工的精度，可以进行材料表面的加工，并且可对透明材料内部进行加工与改性；尤其是对于超硬、易碎、高熔点、易爆等材料的加工，更具有其他方法无法匹敌的优势。

超短脉冲与传统的激光加工相比具有很多突出的优点。主要表现在以下几个方面：

1、超短脉冲激光加工可得到小于聚焦光斑尺寸的加工精度，不会受到光的衍射极限的限制，具有很高的空间分辨性精度高。

2、超短脉冲激光在加工过程中避免了热扩散问题，在加工材料中没有出现熔融区，没有重铸层，不产生微裂纹，同时避免了热熔化的存在，大大减弱和消除了传统加工中热效应带来的诸多负面影响。

3、超短脉冲激光加工对材料没有选择和限制性，而且加工所需要的脉冲能量阀值极低，一般只有毫焦耳量级。

4、超短脉冲激光加工过程不会产生导致结构损坏的冲击波，对临近位置的材料不产生破坏性的影响。

超短脉冲激光在材料加工中具有重要的应用，但在激光加工系统中，激光脉冲的重复频率也会对材料的加工效果产生影响。如要对具有规则间隔的目标进行高速、精确的加工，将多脉冲激光按照大约对应的间距，应用光学调制元件进行输出调制，以期达到要求的输出脉冲序列。如专利CN200880001706.2中提到过的多脉冲加工系统。

目前，实现多脉冲激光器多是基于灯泵或半导体泵浦的固体激光技术，其实现方式有：使用电光开关实现激光腔内两路子腔调Q振荡，输出双脉冲激光，如专利CN 1435924A；对同一台激光器的输出激光进行分束后，采用非线性偏振延迟给每束激光脉冲不同延时，形成多脉冲激光器，如专利US005293389A；多台脉冲激光器级联，并对这些激光器产生的激光在时间上进行同步控制，从而达到了产生可调节多脉冲激光光束输出的目的。上述基于灯泵或半导体泵浦的固体激光技术方式，其脉冲可控性较差，结构复杂，且成本高昂。在一些特定的加工领域中，在连续的超短脉冲中选择一定长度的脉冲序列，可以获得更好的加工效果。目前，超短脉冲激光器基本都是输出一种连续的光脉冲序列，如果需要一种多脉冲包络序列的激光，往往需要在输出激光后再加电光调制器、声光调制器等光电调制器进行调制。但光电调制器应用在高功率、高能量脉冲激光器后，很容易遭受破坏，致使应用稳定性欠缺。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种包络可调的超短脉冲序列产生装置及方法，用于产生一种包络可调的脉冲激光序列。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种包络可调的超短脉冲序列产生装置及方法。

一种包络可调的超短脉冲序列产生装置，所述包络可调的超短脉冲序列产生装置包括：脉冲激光源、分光器、光电转换器、调制信号发生器、光调制器；所述脉冲激光源用以输出具有预定频率和脉宽的超短脉冲激光；所述分光器与所述脉冲激光源相连，用以将所述超短脉冲激光分为两束；所述光电转换器与所述分光器相连，用以将分光器输出的一束超短脉冲激光转换成定时信号；所述调制信号发生器与所述光电转换器相连，用以根据所述定时信号的控制输出与所述超短脉冲激光同步或具有确定延时的调制信号；所述光调制器与所述分光器和调制信号发生器分别相连，用以在所述调制信号的控制下将所述分光器输出的另一束超短脉冲激光调制成具有一定包络形状的光脉冲序列；其中，光脉冲序列的每个包络均包括至少2个子脉冲。

优选地，所述分光器为能以任意比例和任意数目分光的光学器件。

优选地，所述包络可调的超短脉冲序列产生装置还包括与所述光调制器相连的激光放大器；所述激光放大器用以放大所述光脉冲序列。

优选地，所述光调制器包括自由空间声光调制器、光纤耦合声光调制器、电光调制器、或/和磁光调制器。

优选地，所述调制信号发生器为任意形式的能够产生数字信号或模拟信号，且由外部或内部触发，并能够对输入电信号进行分频、延时的信号发生系统。

一种包络可调的超短脉冲序列产生方法，述包络可调的超短脉冲序列产生方法包括：

步骤一，生成具有预定频率和脉宽的超短脉冲激光；