本實(shí)用新型涉及一種皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光系統(tǒng)，具體涉及一種在激光焊之前對材料表面進(jìn)行預(yù)處理的皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在航天、高鐵等產(chǎn)品中需要應(yīng)用大量的高強(qiáng)合金零件，其焊接方式是航天、高鐵研究中的一個(gè)重要方向。激光焊接具有無機(jī)械接觸，焊接速度快，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來越多的關(guān)注。激光焊接前對焊接材料的處理又是影響激光焊接效果的一個(gè)關(guān)鍵因素。合金表面的油污、氧化膜等附著物會(huì)影響焊接質(zhì)量和效率。焊前去除合金材料的附著物是防止產(chǎn)生氣孔、夾渣的重要步驟。

目前，焊前對材料的預(yù)處理方式主要是指對材料的清洗。傳統(tǒng)的清洗方式主要包括化學(xué)清洗和手工打磨?；瘜W(xué)清洗一般是指酸洗，該過程能夠有效清除基材表面的氧化膜和油污，但是該方法對環(huán)境污染嚴(yán)重。而手工打磨的方法工作效率低、成本高、工作環(huán)境惡劣、容易損傷基底材料表面、不能滿足大批量生產(chǎn)的要求。除此之外，還可以采用激光清洗的方式。激光清洗是將高能激光投射到物理表面，使材料表面的附著物瞬時(shí)蒸發(fā)、燒蝕或剝離，是一種新型的表面處理技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的清洗方式，激光清洗更加高效環(huán)保。目前激光清洗一般都是采用基于調(diào)Q技術(shù)的納秒脈沖清洗。但是不論采用哪一種清洗方式，對材料的處理都是單一的，清洗后獲得的材料基材對激光反射率較高、激光吸收率較低，將影響激光焊接效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光系統(tǒng)。該系統(tǒng)只需一臺(tái)激光器，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖寬度可變的皮秒脈沖激光輸出和飛秒脈沖激光輸出，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是：一種皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光系統(tǒng)，包括皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光器，所述皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光器包括飛秒激光振蕩器，飛秒激光振蕩器輸出的脈沖激光依次通過飛秒展寬器、啁啾脈沖放大器和控制激光光路方向的聲光開關(guān)；當(dāng)脈沖激光通過聲光開關(guān)光路方向發(fā)生偏折時(shí)，脈沖激光依次通過偏轉(zhuǎn)反射鏡、可改變激光偏振方向的半波片，第一偏振分束立方體反射后入射至第二偏振分束立方體，經(jīng)第二偏振分束立方體反射后獲得皮秒脈沖激光輸出，皮秒脈沖激光通過匯聚透鏡入射到激光輸出光纖中；當(dāng)脈沖激光通過聲光開關(guān)光路方向不發(fā)生偏折時(shí)，脈沖激光依次通過脈寬壓縮器入射至第二偏振分束立方體，經(jīng)第二偏振分束立方體透射后獲得飛秒脈沖激光輸出，飛秒脈沖激光通過匯聚透鏡入射到激光輸出光纖中。

本實(shí)用新型的工作原理是：首先通過飛秒激光振蕩器獲得低能量的飛秒激光脈沖輸出，該脈沖激光通過飛秒展寬器(可以是光柵對，也可以是布拉格體光柵)可將飛秒脈沖激光展寬成幾百皮秒寬的皮秒脈沖激光。該皮秒脈沖激光的具體脈沖寬度可由光柵對或是布拉格光柵的參數(shù)決定。該低能量的皮秒脈沖激光通過啁啾脈沖放大器獲得高能量的皮秒脈沖激光。該高能量的皮秒脈激光沖入射到控制激光脈沖光路方向聲光開關(guān)上。

當(dāng)該皮秒脈沖激光通過聲光開關(guān)后光路方向發(fā)生偏折時(shí)，脈沖激光依次通過偏轉(zhuǎn)反射鏡(作用是改變激光光路方向，使激光垂直入射至半波片)、可改變激光偏振方向的半波片(改變激光的偏振方向，使其可被第一偏振分束立方體反射)，第一偏振分束立方體反射(作用是改變激光光路方向，使激光垂直入射至第二偏振分束立方體)后入射至第二偏振分束立方體，經(jīng)第二偏振分束立方體反射(作用是改變激光光路方向，使激光垂直入射至匯聚透鏡)后通過匯聚透鏡(作用是改變激光的發(fā)散角和焦點(diǎn)處的光斑大小，使其可以高耦合效率地耦合至激光輸出光纖中)入射到激光輸出光纖中。

當(dāng)該皮秒脈沖激光通過聲光開關(guān)后光路方向不發(fā)生偏折時(shí)，脈沖激光依次通過脈寬壓縮器(可以是光柵對，也可以是布拉格體光柵，作用是壓縮皮秒脈沖激光獲得飛秒激光輸出)后獲得飛秒脈沖激光，該飛秒脈沖激光入射至第二偏振分束立方體，透射通過第二偏振分束立方體后通過匯聚透鏡入射到激光輸出光纖中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

一、本系統(tǒng)只需一臺(tái)激光器，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖寬度可變的皮秒脈沖激光輸出和飛秒脈沖激光輸出，使用者可根據(jù)需要選擇不同寬度的脈沖激光，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。

二、飛秒脈沖激光輸出與皮秒脈沖激光輸出是采用同一激光器，即其輸出激光的光束質(zhì)量(光斑的空間模式分布)一致，這樣飛秒脈沖激光輸出與皮秒脈沖激光輸出可以共用一套光纖耦合裝置系統(tǒng)以同時(shí)獲得高效的光纖耦合效率。

三、該系統(tǒng)可用于焊接前對材料表面的復(fù)合預(yù)處理，即首先利用皮秒脈沖激光對材料表面進(jìn)行清洗，去除材料表面會(huì)影響焊接質(zhì)量和效率的油污、氧化膜等附著物；清洗干凈之后，再采用飛秒脈沖激光對材料表面進(jìn)行黑化處理。黑化處理不僅可以使樣品對光的強(qiáng)反射作用消失，提高激光焊接的效率和質(zhì)量；同時(shí)黑化處理又可以在樣品表面形成微納結(jié)構(gòu)，使金屬材料散熱性更好，進(jìn)一步提高激光焊接質(zhì)量。而且飛秒激光的脈沖寬度很短，即激光與物質(zhì)的相互作用時(shí)間短，對材料的熱影響??；這樣材料本身的溫度不會(huì)因?yàn)轱w秒激光的作用而升高，避免了材料在受熱情況下再次形成氧化膜，破壞清洗的效果?？傊緦?shí)用新型系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對焊前材料表面復(fù)合預(yù)處理，大大提高激光焊接過程中材料對激光的吸收效率，有效地提高激光焊接效率和質(zhì)量。

進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光系統(tǒng)還包括將激光輸出光纖輸出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡，控制激光光束作用于樣品表面上的位置和掃描速度的掃描振鏡和將激光聚焦入射到樣品上的匯聚透鏡。

這樣，皮秒脈沖激光器和飛秒脈沖激光器輸出的激光依次通過激光輸出光纖、準(zhǔn)直透鏡、掃描振鏡和匯聚透鏡；利用準(zhǔn)直透鏡可以減小光纖輸出的激光的發(fā)散角，獲得準(zhǔn)直激光輸出，應(yīng)用掃描振鏡可以通過掃描振鏡自動(dòng)精準(zhǔn)地控制激光預(yù)處理作用于樣品表面的位置，應(yīng)用匯聚透鏡可以控制激光作用于樣品表面的光斑大小，以減小所需的激光脈沖的能量，最終獲得所需的脈沖激光。

進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述聲光開關(guān)控制激光光路方向的具體方式是：通過是否在聲光開關(guān)加射頻信號(hào)來控制通過的脈沖激光的光路方向。

當(dāng)聲光開關(guān)加射頻信號(hào)時(shí)，脈沖激光通過聲光開關(guān)后光路方向發(fā)生偏折，當(dāng)聲光開關(guān)不加射頻信號(hào)時(shí)，脈沖激光通過聲光開關(guān)后光路方向不發(fā)生偏折。通過聲光開關(guān)是否加射頻信號(hào)來控制選擇輸出脈沖激光的模式，轉(zhuǎn)變速度快。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

圖1示出，本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式是：一種皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光系統(tǒng)，包括皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光器10，如圖2所示，所述皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光器10包括飛秒激光振蕩器11，飛秒激光振蕩器11輸出的脈沖激光依次通過飛秒展寬器12、啁啾脈沖放大器13和控制激光光路方向的聲光開關(guān)14；當(dāng)脈沖激光通過聲光開關(guān)14光路方向發(fā)生偏折時(shí)，脈沖激光依次通過偏轉(zhuǎn)反射鏡15、可改變激光偏振方向的半波片16，第一偏振分束立方體17a反射后入射至第二偏振分束立方體17b，經(jīng)第二偏振分束立方體17b反射后獲得皮秒脈沖激光輸出，皮秒脈沖激光通過匯聚透鏡19入射到激光輸出光纖20中；當(dāng)脈沖激光通過聲光開關(guān)14光路方向不發(fā)生偏折時(shí)，脈沖激光依次通過脈寬壓縮器18入射至第二偏振分束立方體17b，經(jīng)第二偏振分束立方體17b透射后獲得飛秒脈沖激光輸出，飛秒脈沖激光通過匯聚透鏡19入射到激光輸出光纖20中。

本例中所述皮秒/飛秒脈沖寬度可變激光系統(tǒng)還包括將激光輸出光纖20輸出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡21，控制激光光束作用于樣品30表面上的位置和掃描速度的掃描振鏡22和將激光聚焦入射到樣品30上的匯聚透鏡23。

本例中所述聲光開關(guān)14控制激光光路方向的具體方式是：通過是否在聲光開關(guān)14加射頻信號(hào)來控制通過的脈沖激光的光路方向。