[发明专利]飞秒激光时空聚焦金属表面高通量加工装置和方法

摘要

一种飞秒激光时空聚焦金属表面高通量加工装置和加工方法，本方明的核心是利用时空聚焦技术对飞秒激光脉冲进行空间整形，操控飞秒激光聚焦光斑实现较大尺寸并且有效避免空气电离，在金属材料表面实现高通量结构加工。与普通的空间聚焦相比，时空聚焦整形后的飞秒激光脉冲与材料相互作用能有效地抑制焦点处飞秒光束的非线性自聚焦效应，从而避免自聚焦和光电离等非线性过程对金属材料表面结构加工质量的影响。本发明具有简单、有效、高速的特点，能够实现高通量精密结构加工，在激光表面加工和打标等领域有重要的潜在应用价值。

主权项

1.一种飞秒激光时空聚焦金属表面高通量加工装置，其特征是该装置包括缩束、空间色散、聚焦加工和成像监测四部分：所述的缩束部分由沿飞秒激光脉冲的光路上依次放置的展宽器(1)、放大器(2)、凸透镜(3)和凹透镜(4)组成，由展宽器(1)、放大器(2)出射的飞秒激光脉冲经过所述的凸透镜(3)和凹透镜(4)后光束变小，缩束比由所述的凸透镜(3)和凹透镜(4)的焦距和两透镜间的距离决定；所述的空间色散部分包括第一光栅(5)和第二光栅(6)，第一光栅(5)和第二光栅(6)平行且相对放置，通过调节第一光栅(5)的入射角和两面光栅间的距离来调节激光的时间和空间色散，激光经过所述的空间色散部分后，时间啁啾被补偿，产生空间啁啾；所述的聚焦加工部分由二向色镜(7)、聚焦透镜(8)、金属材料(9)、三维移动平台(10)和计算机(13)组成，所述的金属材料(9)位于所述的三维移动平台(10)上，飞秒激光脉冲经过二向色镜(7)反射经所述的聚焦透镜(8)，将飞秒激光聚焦在所述的三维移动平台(10)上的金属材料(9)表面，所述的计算机(13)控制所述的三维移动平台(10)移动；所述的成像监测部分由聚焦透镜(8)、成像透镜(11)和CCD(12)组成，对整个激光加工过程实施实时监测。