CN109842010A - 一种激光脉宽压缩器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光脉宽压缩器，包括第一光纤准直器组件、平行排列的第一透射型光栅和第二透射型光栅以及第二光纤准直器组件；通过采用具有最大线数为1600线/mm的透射型光栅取代现有激光脉宽压缩器仅有600线/mm的反射型光栅，能够在很短的空间内提供足够大的色散来压缩激光脉宽，本发明具有结构简单，激光脉宽压缩效果显著的优点。

Description

一种激光脉宽压缩器

技术领域

本发明涉及激光领域，特别是一种激光脉宽压缩器。

背景技术

激光是20世纪的产物，随着社会的发展，激光的应用越来越广泛，特别在21世纪，激光的应用得到突破性的进展，已经广泛应用在医疗、汽车制造、美容、手机制造等行业，但现在激光器脉冲宽度普遍在纳秒或者百皮秒级别，这么长的脉冲，在材料精细加工中会存在很多问题，例如热影响区大、有重铸层、材料表面有碎屑等，这些都是产品生产中不允许的，要尽可能避免这些问题。

解决上述问题最好的方法就是将脉冲宽度压缩到飞秒级别，利用飞秒激光的高峰值功率这一特点，将材料直接电离、气化，由于飞秒激光的脉冲宽度在百飞秒级别，而材料晶格热传导时间是10皮秒左右，所以还没等材料的热量传导，材料已经给电离、气化了，所以这种加工方法基本没有什么热影响区、也不会在表面留下材料加工的残杂。

参照图1，现有的激光脉宽压缩器由两个光纤准直器16和两个反射型光栅15组成，激光输入后经过光纤准直器的校准后射到反射型光栅上，经过反射型光栅的光束分散后由另一个光纤准直器进行校准，最后进行激光的输出。

反射型光栅的最大线数为600线/mm，这种反射型光栅因为线数少，所以光束分散能力(色散)很弱，如果输入的激光脉冲正色散很大，那么为了补偿激光脉冲的色散，反射型光栅对之间的距离就必须很长，距离长了之后光束质量就会下降，而且光斑也会变大，后面耦合到光纤准直器的耦合效率就会降低，不利于后面激光的应用。

发明内容

本发明提供一种激光脉宽压缩器，以解决现有激光脉宽压缩器脉宽太宽的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光脉宽压缩器，包括：

第一光纤准直器组件，包括第一光纤准直器以及固定所述第一光纤准直器的第一固定座；

平行排列的第一透射型光栅和第二透射型光栅，所述第一光纤准直器将输入的激光校准后照射到第一透射型光栅上，第一透射型光栅将激光衍射到第二透射型光栅上；

第二光纤准直器组件，包括第二光纤准直器以及固定所述第二光纤准直器的第二固定座，所述第二光纤准直器组件能够将经过第一透射型光栅和第二透射型光栅的激光进行校准后输出。

所述一种激光脉宽压缩器还包括爬高镜组件，所述爬高镜组件包括两个呈九十度夹角的第一反射镜，所述爬高镜组件能够将第二透射型光栅衍射出来的激光反射回第二透射型光栅上。

所述一种激光脉宽压缩器还包括锁模组件，所述锁模组件设置在第一光纤准直器组件与第一透射型光栅之间。

所述锁模组件包括依次排列的1/4波长玻片、第一1/2波长玻片、偏振光斑分束器以及第二1/2波长玻片。

所述一种激光脉宽压缩器还包括微分杆移动台，所述爬高镜组件和第二透射型光栅设置在所述微分杆移动台上。

所述爬高镜组件通过第一调校机构设置在微分杆移动台上。

所述第一调校机构包括弹簧、螺纹副以及固定块，所述爬高镜组件设置在固定块上，所述固定块与螺纹副连接，所述弹簧的一端与螺纹副相抵接，弹簧的另一端与固定块相抵接。

所述一种激光脉宽压缩器还包括第二反射镜以及固定所述第二反射镜的第三固定座，所述第三固定座上开设有通光孔，所述第二反射镜设置在通光孔上方，所述第三固定座设置在锁模组件与第一透射型光栅之间，所述锁模组件输出的激光穿过所述通光孔照射到所述第一透射型光栅上。

所述一种激光脉宽压缩器还包括第三反射镜以及用于微调第三反射镜的第三调校机构，所述第三反射镜设置在第三调校机构上，所述第三调校机构设置在第二反射镜与第二光纤准直器组件之间。

本发明的有益效果是：本技术方案通过采用具有最大线数为1600 线/mm的透射型光栅取代现有激光脉宽压缩器仅有600线/mm的反射型光栅，能够在很短的空间内提供足够大的色散来压缩激光脉宽，本发明具有结构简单，激光脉宽压缩效果显著的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是现有激光脉宽压缩器的光路图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明去掉外壳的第一分解图；

图4是本发明去掉外壳的第二分解图；

图5是本发明的第二反射镜和第三固定座的示意图；

图6是本发明爬高镜组件和第一调校机构的示意图；

图7是本发明的光路图。

具体实施方式

参照图2～图7，本发明是一种激光脉宽压缩器，包括：

第一光纤准直器组件1，包括第一光纤准直器11以及固定所述第一光纤准直器11的第一固定座12；

平行排列的第一透射型光栅3和第二透射型光栅4，所述第一光纤准直器将输入的激光校准后照射到第一透射型光栅3上，第一透射型光栅3将激光衍射到第二透射型光栅4上；

第二光纤准直器组件2，包括第二光纤准直器21以及固定所述第二光纤准直器21的第二固定座22，所述第二光纤准直器组件2能够将经过第一透射型光栅3和第二透射型光栅4的激光进行校准后输出。

1600线/mm的透射型光栅比600线/mm的反射型光栅具有更大的色散能力，也就是说同样长度的空间距离，1600线/mm的透射型光栅具有更大的色散，这对激光脉冲压缩是非常有利的。

所述一种激光脉宽压缩器还包括爬高镜组件，所述爬高镜组件包括两个呈九十度夹角的第一反射镜51，所述爬高镜组件能够将第二透射型光栅4衍射出来的激光反射回第二透射型光栅4上。

通过爬高镜组件令激光两次通过第一透射型光栅3和第二透射型光栅4的设计，一是可以尽可能的压缩空间距离，让整个压缩器变得更紧凑；二是因为由于机械精度的问题，第一透射型光栅3与第二透射型光栅4之间不可能绝对的平行，如果第一透射型光栅3和第二透射型光栅4不平行，那么激光输出后的光束质量就会变差，光斑由圆形变成椭圆形，让激光经过爬高镜后再次回到第一透射型光栅3和第二透射型光栅4，由于第一透射型光栅3和第二透射型光栅4的角度位置都是一样的，所以输出的激光在横向分布上会保持一致，不会产生变形，保证了压缩后的激光脉冲质量。

所述一种激光脉宽压缩器还包括锁模组件6，所述锁模组件6设置在第一光纤准直器组件1与第一透射型光栅3之间。

所述锁模组件6包括依次排列的1/4波长玻片61、第一1/2波长玻片62、偏振光斑分束器63以及第二1/2波长玻片64。

由于1600线/mm的透射型光栅对入射光的偏振方向是很敏感的， S偏振光的透射率可以达到95％以上，但是P偏振的激光的透射率却只有20％-30％，所以在进入第一透射型光栅3和第二透射型光栅44 前，利用一个1/4波长波片61、第一1/2波长波片62和偏振光斑分束器63组成一个起偏器，让输入的激光分成一束P偏振的光和一束S 偏振的光，1/4波长波片61和第一1/2波长波片62可以让通过偏振光斑分束器63后P偏振的光功率最大，而偏振光斑分束器63后的第二1/2波长波片64是让P偏振光变成S偏振的光，让所述第一透射型光栅3和第二透射型光栅4压缩后的功率达到最优。

所述一种激光脉宽压缩器还包括微分杆移动台7，所述爬高镜组件和第二透射型光栅4设置在所述微分杆移动台7上。

激光脉冲的宽度对色散是很敏感的，在空间上相差1mm的距离，有可能在脉宽上就会变化几百飞秒，因而为了保证最大限度的压缩脉冲宽度，将第二透射型光栅4和爬高镜组件连接在微分杆移动台上，微分杆的移动方向就是激光的传播方向，在通过微分杆调节微分杆移动台7的时候，实际上是增加或者缩少第一透射型光栅3与第二透射型光栅4之间的空间距离，来实现增加或者较少色散量，从而对激光脉冲进行压缩，微分杆的精度在10um，这也是为了最大可能的控制第一透射型光栅3与第二透射型光栅4之间的距离，得到最优的激光脉宽。

所述爬高镜组件通过第一调校机构8设置在微分杆移动台7上。

所述第一调校机构8包括弹簧81、螺纹副82以及固定块83，所述爬高镜组件设置在固定块83上，所述固定块83与螺纹副82连接，所述弹簧81的一端与螺纹副82相抵接，弹簧81的另一端与固定块 83相抵接。

通过螺纹副82来微调爬高镜组件，并通过分别与螺纹副82以及固定块相抵接的弹簧来保证精度，能够尽可能的让光路的入射角和第二透射型光栅的衍射角重合，达到最佳；让激光先打到爬高镜组件下面的第一反射镜51上，反射到上面的第一反射镜51上，最后反射回第二透射型光栅4上，微调爬高镜组件可以让入射光和出射光平行，但是高度相差6mm左右，这样激光就会再此进入第一透射型光栅3和第二透射型光栅4中，进行色散匹配。

所述一种激光脉宽压缩器还包括第二反射镜91以及固定所述第二反射镜91的第三固定座92，所述第三固定座92上开设有通光孔 921，所述第二反射镜91设置在通光孔921上方，所述第三固定座92 设置在锁模组件6与第一透射型光栅3之间，所述锁模组件6输出的激光穿过所述通光孔921照射到所述第一透射型光栅3上。

所述通光孔921的直径是5mm，中心光高是16mm，第二反射镜91 连接在通光孔921的上面，输入激光的光高设计在16mm，这样激光会从通光孔921穿过，进入第一透射型光栅3和第二透射型光栅4，经过第一透射型光栅3和第二透射型光栅4的激光经过爬高镜组件后，光高会变成22mm，这样再次经过第一透射型光栅3和第二透射型光栅 4后会打到第二反射镜91上，从而将压缩后的脉冲激光反射出来。

所述一种激光脉宽压缩器还包括第三反射镜10以及用于微调第三反射镜10的第三调校机构13，所述第三反射镜10设置在第三调校机构13上，所述第三调校机构13设置在第二反射镜91与第二光纤准直器组件2之间。

为了让经过第一透射型光栅3和第二透射型光栅4压缩后的脉冲激光最大可能的耦合进第二光纤准直器21，在激光输出后加入第三反射镜10，通过微调第三调校机构13，就可以将激光的耦合效率提到最大。

所述第二调校机构以及第三调校机构13可以是与第一调校机构8相同的结构，亦可是具有相同调校功能的结构。

所述一种激光脉宽压缩器还包括外壳14，所述第一光纤准直器组件1、第二光纤准直器组件2、锁膜组件6、第二反射镜91、第三反射镜10、第一透射型光栅3、第二透射型光栅4、微分杆移动台7以及爬高镜组件设置在所述外壳14内。

外壳14可使用铁氟龙材料制成，铁氟龙材料具有良好的绝热性能，能够保证激光脉宽压缩器内部温度的恒定，因为温度的变化也会对第一调校机构8、第二调校机构以及第三调校机构13的稳定性和调校灵敏度造成影响。

上述实施例只是本发明的优选方案，本发明还可有其他实施方案。本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所设定的范围内。

Claims (9)

1.一种激光脉宽压缩器，其特征在于，包括：

第一光纤准直器组件(1)，包括第一光纤准直器(11)以及固定所述第一光纤准直器(11)的第一固定座(12)；

平行排列的第一透射型光栅(3)和第二透射型光栅(4)，所述第一光纤准直器将输入的激光校准后照射到第一透射型光栅(3)上，第一透射型光栅(3)将激光衍射到第二透射型光栅(4)上；

第二光纤准直器组件(2)，包括第二光纤准直器(21)以及固定所述第二光纤准直器(21)的第二固定座(22)，所述第二光纤准直器组件(2)能够将经过第一透射型光栅(3)和第二透射型光栅(4)的激光进行校准后输出。

2.根据权利要求1所述的一种激光脉宽压缩器，其特征在于：还包括爬高镜组件，所述爬高镜组件包括两个呈九十度夹角的第一反射镜(51)，所述爬高镜组件能够将第二透射型光栅(4)衍射出来的激光反射回第二透射型光栅(4)上。

3.根据权利要求1所述的一种激光脉宽压缩器，其特征在于：还包括锁模组件(6)，所述锁模组件(6)设置在第一光纤准直器组件(1)与第一透射型光栅(3)之间。

4.根据权利要求3所述的一种激光脉宽压缩器，其特征在于：所述锁模组件(6)包括依次排列的1/4波长玻片(61)、第一1/2波长玻片(62)、偏振光斑分束器(63)以及第二1/2波长玻片(64)。

5.根据权利要求2所述的一种激光脉宽压缩器，其特征在于：还包括微分杆移动台(7)，所述爬高镜组件和第二透射型光栅(4)设置在所述微分杆移动台(7)上。

6.根据权利要求5所述的一种激光脉宽压缩器，其特征在于：所述爬高镜组件通过第一调校机构(8)设置在微分杆移动台(7)上。

7.根据权利要求6所述的一种激光脉宽压缩器，其特征在于：所述第一调校机构(8)包括弹簧(81)、螺纹副(82)以及固定块(83)，所述爬高镜组件设置在固定块(83)上，所述固定块(83)与螺纹副(82)连接，所述弹簧(81)的一端与螺纹副(82)相抵接，弹簧(81)的另一端与固定块(83)相抵接。

8.根据权利要求3所述的一种激光脉宽压缩器，其特征在于：还包括第二反射镜(91)以及固定所述第二反射镜(91)的第三固定座(92)，所述第三固定座(92)上开设有通光孔(921)，所述第二反射镜(91)设置在通光孔(921)上方，所述第三固定座(92)设置在锁模组件(6)与第一透射型光栅(3)之间，所述锁模组件(6)输出的激光穿过所述通光孔(921)照射到所述第一透射型光栅(3)上。

9.根据权利要求8所述的一种激光脉宽压缩器，其特征在于：还包括第三反射镜(10)以及用于微调第三反射镜(10)的第三调校机构(13)，所述第三反射镜(10)设置在第三调校机构(13)上，所述第三调校机构(13)设置在第二反射镜(91)与第二光纤准直器组件(2)之间。