CN103343204A - 一种变脉宽激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变脉宽激光器，由激光发生器、分束镜、反射镜组、平移装置和偏振镜组成。激光发生器、分束镜和偏振镜组成第一光路；激光发生器、分束镜、反射镜组和偏振镜组成第二光路；反射镜组和平移装置连接在一起。通过分束镜，将激光发生器发出的脉冲激光分成两束；通过调节第二光路的光程，可以将第一光路激光和第二光路的激光叠加在一起，从而实现激光脉宽的调节，其变化范围为1.5τ~2τ，τ为激光发生器的原始脉宽。本发明可应用于激光冲击强化领域，延长冲击波的作用时间，提高激光冲击强化效果。

Description

一种变脉宽激光器

技术领域

本发明属于激光冲击强化技术领域，具体涉及一种变脉宽激光器。

背景技术

激光冲击强化是一种新型的材料表面强化技术，可以在金属制件表面获得高幅残余压应力层，大大提高制件的疲劳寿命，与常规喷丸技术相比，其残余压应力层更深；激光冲击的原理是利用脉冲激光在约束状态下跟吸收层产生等离子爆炸，可产生强度高达几个吉帕斯卡的压力，该压力通过吸收层传播至工件，可对工件表层产生高幅残余压应力，由于吸收层的保护作用，工件表面不会受到热灼烧，激光冲击中脉冲激光的能量一般为1~100J，脉宽为10~30ns，约束层材料一般为水膜或玻璃，吸收层材料为铝箔或其他对激光有良好吸收作用的材料。21世纪初，美国将激光冲击技术应用到F101、F119和F414发动机叶片的强化和再制造上。

激光冲击强化的效果主要体现在能在金属工件表层产生高幅残余压应力，而且其深度大大超过常规机械喷丸。提高残余压应力层深度的方法有提高激光的功率密度和增大激光的脉宽，但是，当激光能量提高到一定程度时，约束层将会被击穿，导致等离子屏弊，在一定的条件下，约束状态下激光产生的峰值压力有一个极限值，继续提高功率密度并不会提高峰值压力。比如，在水约束条件下，10ns脉宽的激光器产生的最高峰值压力为5.5GPa。因此，在功率密度不变的情况下，延长激光器的脉宽是提高残余压应力层深度的一个有效方法。

现有变脉宽激光器如何实现？存在的问题，成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变脉宽激光器，以获得脉宽可变的激光，降低成本。

为了解决以上技术问题，本发明通过增加分光系统和调节反射镜组的位置，来获得脉宽可变的激光，具体技术方案如下：

一种变脉宽激光器，包括：激光发生器(1)、分束镜(2)、反射镜组(5)、平移装置(6)和偏振镜(7)，其特征在于：反射镜组（5）有两片法线相互垂直的45度反射镜组成；偏振镜（7）的反射面中心和分束镜(2)的中心连线为铅垂线，偏振镜（7）的透射面中心和反射镜组（5）下端的反射镜中心连线为水平线；激光发生器(1)、分束镜(2)和偏振镜(7)组成第一光路(3)，激光发生器(1)、分束镜(2)和偏振镜(7)的中心在同一轴线上；激光发生器(1)、分束镜(2)、反射镜组(5)和偏振镜(7)组成第二光路(4)，分束镜(2)、反射镜组(5)和偏振镜(7)的中心连线构成一长方形；反射镜组(5)和平移装置(6)固定连接在一起；平移装置(6)可沿水平方向平移，用来调节偏振镜组(7)与分束镜的距离，来调节第二光路(4)的光程；所述的激光发生器(1)为脉冲激光器，其发出的激光脉宽小于100ns。

所述的分束镜(2)为近红外分束镜。

所述的分束镜(2)、反射镜组(5)和偏振镜(7)的中心连线构成的长方形，其边长不小于50cm。

通过调节第二光路(4)的光程，将第一光路(3)激光和第二光路(4)的激光叠加在一起，从而改变输出激光的脉宽。

所述的激光发生器为脉冲激光器，光的速度为30cm/ns，当激光的脉宽过大时，若采用本发明的装置调节光程，其调节距离会很大，比如：若脉宽为1μm，采用本发明的方法将脉宽叠加为2μm时，其调节距离为150m，因此，本发明限定激光脉宽小于100ns。

本发明的原理为：通过分束镜，将激光发生器发出的脉冲激光分成两束；通过调节第二光路的光程，可以将第一光路激光和第二光路的激光叠加在一起，从而改变输出激光的脉宽。

本发明的工作过程如下：激光发生器发出的脉冲激光经分束镜分束后，分成两束激光；一束经第一光路直接输出，另一束经第二光路输出；第一光路的脉冲激光到达偏振镜后，在小于一个激光脉宽的时间内，第二光路的脉冲激光到达，两束激光叠加在一起，改变了激光脉宽。

本发明具有有益效果。将反射镜组跟平移装置固定在一起，实现了第二光路的广成调节；通过调节偏振镜与分束镜的距离，从而实现激光脉宽的调节，变化范围为1.5τ~2τ，τ为激光发生器的原始脉宽。

附图说明

图1为本发明的变脉宽激光器示意图。

图中：1激光发生器、2分束镜、5反射镜组、6平移装置、7偏振镜。

具体实施方式

为更好的阐述本发明的实施细节，下面结合附图对本发明的一种变脉宽激光器进行详细说明。

如图1所示，将各本发明的各级成部件连接在一起。

实施实例一：

采用激光发生器1的脉宽为10ns，反射镜组5的两个反射镜之间的距离为50cm，分束镜2和偏振镜7之间的距离同样为50cm，将反射镜组5和分束镜2之间的距离调节为50cm，这样第一光路3和第二光路4之间的光程差为300cm。触发激光发生器1，由激光发生器1发出的脉宽为10ns的激光通过分束镜2分为两路，分别经过第一光路3和第二光路4，由于第一光路3和第二光路4的光程差为300cm，当第一光路3的激光经偏振镜7输出5ns后，第二光路4的激光到达偏振镜7输出，两路光叠加后其脉宽变为15ns。

实施实例二：

采用激光发生器1的脉宽为10ns，反射镜组5的两个反射镜之间的距离为50cm，分束镜2和偏振镜7之间的距离同样为50cm，将反射镜组5和分束镜2之间的距离调节为125cm，这样第一光路3和第二光路4之间的光程差为300cm。触发激光发生器1，由激光发生器1发出的脉宽为10ns的激光通过分束镜2分为两路，分别经过第一光路3和第二光路4，由于第一光路3和第二光路4的光程差为300cm，当第一光路3的激光经偏振镜7输出10ns后，第二光路4的激光到达偏振镜7输出，两路光叠加后其脉宽变为20ns。

Claims (4)

1.一种变脉宽激光器，包括：激光发生器(1)、分束镜(2)、反射镜组(5)、平移装置(6)和偏振镜(7)，其特征在于：反射镜组（5）有两片法线相互垂直的45度反射镜组成；偏振镜（7）的反射面中心和分束镜(2)的中心连线为铅垂线，偏振镜（7）的透射面中心和反射镜组（5）下端的反射镜中心连线为水平线；激光发生器(1)、分束镜(2)和偏振镜(7)组成第一光路(3)，激光发生器(1)、分束镜(2)和偏振镜(7)的中心在同一轴线上；激光发生器(1)、分束镜(2)、反射镜组(5)和偏振镜(7)组成第二光路(4)，分束镜(2)、反射镜组(5)和偏振镜(7)的中心连线构成一长方形；反射镜组(5)和平移装置(6)固定连接在一起；平移装置(6)可沿水平方向平移，用来调节偏振镜组(7)与分束镜的距离，来调节第二光路(4)的光程；所述的激光发生器(1)为脉冲激光器，其发出的激光脉宽小于100ns。

2.如权利要求1所述的一种变脉宽激光器，其特征在于：所述的分束镜(2)为近红外分束镜。

3.如权利要求1所述的一种变脉宽激光器，其特征在于：所述的分束镜(2)、反射镜组(5)和偏振镜(7)的中心连线构成的长方形，其边长不小于50cm。

4.如权利要求1所述的一种变脉宽激光器，其特征在于：通过调节第二光路(4)的光程，将第一光路(3)激光和第二光路(4)的激光叠加在一起，从而改变输出激光的脉宽。