[实用新型]一种皮秒/飞秒脉冲宽度可变激光系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种皮秒/飞秒脉冲宽度可变激光系统，具体涉及一种在激光焊之前对材料表面进行预处理的皮秒/飞秒脉冲宽度可变激光系统。

背景技术

在航天、高铁等产品中需要应用大量的高强合金零件，其焊接方式是航天、高铁研究中的一个重要方向。激光焊接具有无机械接触，焊接速度快，生产效率高等优点，得到了越来越多的关注。激光焊接前对焊接材料的处理又是影响激光焊接效果的一个关键因素。合金表面的油污、氧化膜等附着物会影响焊接质量和效率。焊前去除合金材料的附着物是防止产生气孔、夹渣的重要步骤。

目前，焊前对材料的预处理方式主要是指对材料的清洗。传统的清洗方式主要包括化学清洗和手工打磨。化学清洗一般是指酸洗，该过程能够有效清除基材表面的氧化膜和油污，但是该方法对环境污染严重。而手工打磨的方法工作效率低、成本高、工作环境恶劣、容易损伤基底材料表面、不能满足大批量生产的要求。除此之外，还可以采用激光清洗的方式。激光清洗是将高能激光投射到物理表面，使材料表面的附着物瞬时蒸发、烧蚀或剥离，是一种新型的表面处理技术。相比于传统的清洗方式，激光清洗更加高效环保。目前激光清洗一般都是采用基于调Q技术的纳秒脉冲清洗。但是不论采用哪一种清洗方式，对材料的处理都是单一的，清洗后获得的材料基材对激光反射率较高、激光吸收率较低，将影响激光焊接效率。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种皮秒/飞秒脉冲宽度可变激光系统。该系统只需一台激光器，即可同时实现脉冲宽度可变的皮秒脉冲激光输出和飞秒脉冲激光输出，成本低，实用性强。

本实用新型实现其发明目的所采取的技术方案是：一种皮秒/飞秒脉冲宽度可变激光系统，包括皮秒/飞秒脉冲宽度可变激光器，所述皮秒/飞秒脉冲宽度可变激光器包括飞秒激光振荡器，飞秒激光振荡器输出的脉冲激光依次通过飞秒展宽器、啁啾脉冲放大器和控制激光光路方向的声光开关；当脉冲激光通过声光开关光路方向发生偏折时，脉冲激光依次通过偏转反射镜、可改变激光偏振方向的半波片，第一偏振分束立方体反射后入射至第二偏振分束立方体，经第二偏振分束立方体反射后获得皮秒脉冲激光输出，皮秒脉冲激光通过汇聚透镜入射到激光输出光纤中；当脉冲激光通过声光开关光路方向不发生偏折时，脉冲激光依次通过脉宽压缩器入射至第二偏振分束立方体，经第二偏振分束立方体透射后获得飞秒脉冲激光输出，飞秒脉冲激光通过汇聚透镜入射到激光输出光纤中。

本实用新型的工作原理是：首先通过飞秒激光振荡器获得低能量的飞秒激光脉冲输出，该脉冲激光通过飞秒展宽器(可以是光栅对，也可以是布拉格体光栅)可将飞秒脉冲激光展宽成几百皮秒宽的皮秒脉冲激光。该皮秒脉冲激光的具体脉冲宽度可由光栅对或是布拉格光栅的参数决定。该低能量的皮秒脉冲激光通过啁啾脉冲放大器获得高能量的皮秒脉冲激光。该高能量的皮秒脉激光冲入射到控制激光脉冲光路方向声光开关上。

当该皮秒脉冲激光通过声光开关后光路方向发生偏折时，脉冲激光依次通过偏转反射镜(作用是改变激光光路方向，使激光垂直入射至半波片)、可改变激光偏振方向的半波片(改变激光的偏振方向，使其可被第一偏振分束立方体反射)，第一偏振分束立方体反射(作用是改变激光光路方向，使激光垂直入射至第二偏振分束立方体)后入射至第二偏振分束立方体，经第二偏振分束立方体反射(作用是改变激光光路方向，使激光垂直入射至汇聚透镜)后通过汇聚透镜(作用是改变激光的发散角和焦点处的光斑大小，使其可以高耦合效率地耦合至激光输出光纤中)入射到激光输出光纤中。

当该皮秒脉冲激光通过声光开关后光路方向不发生偏折时，脉冲激光依次通过脉宽压缩器(可以是光栅对，也可以是布拉格体光栅，作用是压缩皮秒脉冲激光获得飞秒激光输出)后获得飞秒脉冲激光，该飞秒脉冲激光入射至第二偏振分束立方体，透射通过第二偏振分束立方体后通过汇聚透镜入射到激光输出光纤中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本系统只需一台激光器，即可同时实现脉冲宽度可变的皮秒脉冲激光输出和飞秒脉冲激光输出，使用者可根据需要选择不同宽度的脉冲激光，成本低，实用性强。

二、飞秒脉冲激光输出与皮秒脉冲激光输出是采用同一激光器，即其输出激光的光束质量(光斑的空间模式分布)一致，这样飞秒脉冲激光输出与皮秒脉冲激光输出可以共用一套光纤耦合装置系统以同时获得高效的光纤耦合效率。