本發(fā)明屬于激光，特別涉及一種實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，超快激光技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，并在先進(jìn)制造、超快成像、信息存儲以及臨床醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。相比于連續(xù)激光加工或長脈沖激光加工，超快激光加工具有以下顯著特點：其脈沖持續(xù)時間極短、峰值功率極高、熱影響區(qū)小。超短脈沖的持續(xù)時間使激光能量主要集中在光子-電子相互作用的極微小范圍內(nèi)，顯著減少了重鑄層、微裂紋等加工缺陷的產(chǎn)生。此外，與長脈沖激光加工中常見的等離子體屏蔽效應(yīng)相比，超快激光加工能夠在一定程度上有效避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。

2、超快激光的峰值功率可高達(dá)100tw，幾乎能夠加工所有材料，包括金屬、半導(dǎo)體、電介質(zhì)及生物組織等。這種高峰值功率使得超快激光與物質(zhì)的相互作用呈現(xiàn)出非線性、非平衡特性，不再是傳統(tǒng)的熱熔過程。此外，由于短脈沖激光的損傷閾值統(tǒng)計不確定性較小，其加工精度可以突破亞微米級，使飛秒激光加工在高精度制造中表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。在具體應(yīng)用中，超快激光技術(shù)已經(jīng)在多個領(lǐng)域顯示出其優(yōu)越性。例如，在物理學(xué)中，它可用于觀察激光誘導(dǎo)的空氣等離子體激發(fā)；在激光制造中，它能顯著提高加工效率，改善材料表面的光潔度；此外，通過雙脈沖序列的調(diào)控，超快激光還可用于制備亞波長周期性表面結(jié)構(gòu)等。

3、超短光脈沖還具有持續(xù)時間在飛秒量級、高峰值功率以及寬光譜范圍等特性。這些特性使得超短脈沖在時域和空間的整形能力極強(qiáng)，從而能夠生成具有精確時間間隔、脈沖寬度和強(qiáng)度的脈沖序列，為研究材料的基本特性和動態(tài)行為提供了重要手段。然而，目前針對超短激光脈沖串調(diào)控的研究仍顯不足。如何實現(xiàn)對脈沖串內(nèi)子脈沖的靈活調(diào)控，以生成滿足特定應(yīng)用需求的超短激光脈沖串，是該領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵問題。

4、當(dāng)前市場上的脈沖串內(nèi)子脈沖脈寬都是固定一致的，無法精確調(diào)諧單脈沖的脈寬，不利于激光精密加工工藝的多元化試驗與優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明提出一種實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法及系統(tǒng)，能夠精確、靈活地對脈沖串內(nèi)的子脈沖寬度進(jìn)行操控。

2、本發(fā)明提供的一種實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法，包括以下步驟：

3、種子源產(chǎn)生激光脈沖，并入射至脈沖展寬器；

4、所述脈沖展寬器對所述激光脈沖進(jìn)行展寬，并將展寬后的激光脈沖在時域中剪切為多個脈沖形成的脈沖串；

5、所述脈沖串入射至脈沖整形器，所述脈沖整形器對所述脈沖串內(nèi)子脈沖的光譜進(jìn)行振幅調(diào)制，從而對所述脈沖串內(nèi)各個子脈沖的寬度進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)，得到子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的脈沖串。

6、進(jìn)一步的，所述脈沖串入射至脈沖整形器，所述脈沖整形器對所述脈沖串內(nèi)子脈沖的光譜進(jìn)行振幅調(diào)制，從而對所述脈沖串內(nèi)各個子脈沖的寬度進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)，具體為：

7、所述脈沖串入射至第一衍射光柵，所述第一衍射光柵將所述脈沖串沿著水平方向展開，形成空間啁啾；

8、所述水平方向展開之后的脈沖通過第一透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，變?yōu)槠叫泄猓?/p>

9、所述平行光入射至半波片，通過所述半波片將光的偏振方向調(diào)整為與液晶空間光調(diào)制器的晶體光軸平行的方向；

10、將所述液晶空間光調(diào)制器放置在第一透鏡的焦平面處，形成輸入光場的傅里葉變換；將所述液晶空間光調(diào)制器劃分為m個區(qū)域，不同區(qū)域?qū)?yīng)不同的光譜成分；基于每個區(qū)域設(shè)定的通過率，所述液晶空間光調(diào)制器對m個區(qū)域中的光譜進(jìn)行振幅調(diào)制。

11、進(jìn)一步的，所述液晶空間光調(diào)制器對m個區(qū)域中的光譜進(jìn)行振幅調(diào)制，具體為：

12、通過調(diào)節(jié)所述液晶空間光調(diào)制器不同位置處的灰度來改變所述脈沖串的光譜形狀。

13、進(jìn)一步的，所述方法還包括：

14、所述子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的脈沖串入射至脈沖控制器，所述脈沖控制器控制所述子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的脈沖串中特定脈沖的通過；

15、光纖放大器對所述脈沖控制器輸出的光信號進(jìn)行放大，輸出放大后的激光脈沖串。

16、本發(fā)明提供的一種實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，沿光路方向依次包括：

17、種子源，用于產(chǎn)生激光脈沖；

18、脈沖展寬器，用于對所述激光脈沖進(jìn)行展寬，并將展寬后的激光脈沖在時域中剪切為多個脈沖形成的脈沖串；

19、脈沖整形器，用于對所述脈沖串內(nèi)子脈沖的光譜進(jìn)行振幅調(diào)制，從而對所述脈沖串內(nèi)各個子脈沖的寬度進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)，輸出子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的脈沖串。

20、進(jìn)一步的，所述脈沖整形器沿光路方向依次包括第一衍射光柵、第一透鏡、半波片、液晶空間光調(diào)制器、偏振片、第二透鏡和第二衍射光柵；所述第一衍射光柵和所述第二衍射光柵為相同刻線且擺放位置平行；所述半波片用于將脈沖的偏振方向調(diào)整為與所述液晶空間光調(diào)制器的晶體光軸平行的方向；所述第一透鏡和第二透鏡采用相同焦距；所述液晶空間光調(diào)制器用于調(diào)制光束的振幅；所述偏振片用于改變光束的偏振方向。

21、進(jìn)一步的，所述脈沖展寬器包括環(huán)形器和啁啾光纖光柵，所述環(huán)形器的第一端與所述種子源相連，所述環(huán)形器的第二端與所述啁啾光纖光柵相連，所述環(huán)形器的第三端與所述脈沖整形器相連。

22、進(jìn)一步的，所述啁啾光纖光柵為可調(diào)諧啁啾光纖光柵。

23、進(jìn)一步的，所述液晶空間光調(diào)制器為相位型液晶空間光調(diào)制器。

24、進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括：

25、脈沖控制器，用于接收所述子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的脈沖串，控制其中特定脈沖的通過；

26、光纖放大器，用于對所述脈沖控制器輸出的光信號進(jìn)行放大，輸出放大后的激光脈沖串。

27、本發(fā)明的有益效果：

28、(1)本發(fā)明可根據(jù)應(yīng)用需求來設(shè)定脈沖串中子脈沖的脈沖寬度大小，使子脈沖的脈沖寬度可編程可調(diào)，實現(xiàn)了激光脈沖在脈沖寬度上的精確、獨立操控，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能靈活控制的缺點。

29、(2)本發(fā)明提出的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法及系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，僅需簡單設(shè)置即可實現(xiàn)復(fù)雜的脈沖操控。

技術(shù)特征：

1.一種實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法，其特征在于，所述脈沖串入射至脈沖整形器，所述脈沖整形器對所述脈沖串內(nèi)子脈沖的光譜進(jìn)行振幅調(diào)制，從而對所述脈沖串內(nèi)各個子脈沖的寬度進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法，其特征在于，所述液晶空間光調(diào)制器對m個區(qū)域中的光譜進(jìn)行振幅調(diào)制，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法，其特征在于，所述方法還包括：

5.一種實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，其特征在于，沿光路方向依次包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖整形器沿光路方向依次包括第一衍射光柵、第一透鏡、半波片、液晶空間光調(diào)制器、偏振片、第二透鏡和第二衍射光柵；所述第一衍射光柵和所述第二衍射光柵為相同刻線且擺放位置平行；所述半波片用于將脈沖的偏振方向調(diào)整為與所述液晶空間光調(diào)制器的晶體光軸平行的方向；所述第一透鏡和第二透鏡采用相同焦距；所述液晶空間光調(diào)制器用于調(diào)制光束的振幅；所述偏振片用于改變光束的偏振方向。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖展寬器包括環(huán)形器和啁啾光纖光柵，所述環(huán)形器的第一端與所述種子源相連，所述環(huán)形器的第二端與所述啁啾光纖光柵相連，所述環(huán)形器的第三端與所述脈沖整形器相連。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，其特征在于，所述啁啾光纖光柵為可調(diào)諧啁啾光纖光柵。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，其特征在于，所述液晶空間光調(diào)制器為相位型液晶空間光調(diào)制器。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種實現(xiàn)脈沖串內(nèi)子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的方法及系統(tǒng)。該方法包括：種子源產(chǎn)生激光脈沖，并入射至脈沖展寬器；所述脈沖展寬器對所述激光脈沖進(jìn)行展寬，并將展寬后的激光脈沖在時域中剪切為多個脈沖形成的脈沖串；所述脈沖串入射至脈沖整形器，所述脈沖整形器對所述脈沖串內(nèi)子脈沖的光譜進(jìn)行振幅調(diào)制，從而對所述脈沖串內(nèi)各個子脈沖的寬度進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)，得到子脈沖寬度可獨立調(diào)節(jié)的脈沖串。本發(fā)明能夠精確、靈活地對脈沖串內(nèi)的子脈沖寬度進(jìn)行操控。

技術(shù)研發(fā)人員：劉文慧,李劍偉,胡夢珠,吳讓大
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江摩克激光智能裝備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28