激光压缩器热变形矫正系统及方法与流程

本申请涉及高功率激光系统领域，特别是涉及一种激光压缩器热变形矫正系统及方法。

背景技术：

1、随着激光技术的飞速发展，高功率飞秒激光系统在现代科研、工业加工以及医疗等领域中发挥着越来越重要的作用。其中，体布拉格光栅脉冲压缩器作为高功率飞秒激光系统的关键组件，其性能直接影响到激光光束的质量和应用效果。

2、目前，高功率飞秒激光系统普遍采用体布拉格光栅作为脉冲压缩器，以实现对激光脉冲的压缩和整形。然而，在高功率下，体布拉格光栅容易因吸收光能而发热，进而产生热形变。这种热形变会导致体布拉格光栅的衍射性能发生变化，使得激光光束在通过体布拉格光栅后产生畸变，严重影响激光光束的质量和应用效果。

3、为了解决上述问题，目前已有一些技术尝试通过改进体布拉格光栅的材料、结构或冷却方式等方法来减少热形变。然而，这些方法往往存在成本高、效果有限或难以实施等问题，无法从根本上解决高功率下体布拉格光栅热形变导致光束质量劣化的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高激光光束质量的激光压缩器热变形矫正系统及方法。

2、第一方面，本申请提供了一种激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述激光压缩器热变形矫正系统包括激光脉冲压缩器和激光压缩器热变形矫正装置；

3、其中，所述激光脉冲压缩器包括依次设置于激光出射方向的偏振片、1/4波片和体布拉格光栅和反射镜，用于对激光脉冲进行时域压缩，以输出窄脉宽的激光脉冲；

4、所述激光压缩器热变形矫正装置包括面光栅、ccd相机、图像数据处理电路、应力补偿单元，用于基于所述激光脉冲获取衍射光斑，并根据所述衍射光斑调整施加在所述体布拉格光栅上的压力和/或拉力，以对所述体布拉格光栅进行热变形矫正。

5、在其中一个实施例中，所述反射镜的反射率为99.5％，呈45°放置，用于反射输出所述窄脉冲的激光脉冲，以及将透射光束入射至所述面光栅。

6、在其中一个实施例中，所述面光栅的刻线密度为1740l/mm，利特罗角为63°，用于将所述透射光束进行衍射，形成衍射光斑。

7、在其中一个实施例中，所述ccd相机与所述图像数据处理电路电性连接，用于接收所述衍射光斑，根据所述衍射光斑生成图像信息，并将所述图像信息传输至所述图像数据处理电路。

8、在其中一个实施例中，所述图像数据处理电路，用于对所述图像信息进行处理，以得到所述衍射光斑的偏移量数据。

9、在其中一个实施例中，所述应力补偿单元包括设置于体布拉格光栅的安装槽顶面和侧面的4组压电驱动器；

10、其中，各组压电驱动器沿所述体布拉格光栅的通光方向等间距分布，分别包括4个压电驱动器，用于通过压电陶瓷对所述体布拉格光栅的不同深度位置施加不同的压力和/或拉力。

11、在其中一个实施例中，所述体布拉格光栅的口径为5mm×5mm，通光方向长度为45mm，反射光谱宽度为9nm，经高热导率铟箔包裹后固定于铜质安装槽。

12、在其中一个实施例中，所述激光脉冲的平均功率为120w，中心波长为1030nm，脉宽为300ps，光谱宽度为8nm；光束为准直输出，直径3mm。

13、第二方面，本申请还提供了一种激光压缩器热变形矫正方法，所述方法包括：

14、s1，将高功率激光脉冲入射至体布拉格光栅，通过所述体布拉格光栅进行脉冲压缩，以输出窄脉宽的激光脉冲；

15、s2，将透过反射镜的透射光束入射至面光栅，形成衍射光斑；

16、s3，通过ccd相机接收所述衍射光斑，并生成图像信息；

17、s4，对所述图像信息进行处理，得到所述衍射光斑的偏移量数据；

18、s5，基于所述偏移量数据，通过压电驱动器对体布拉格光栅施加相应的压力和/或拉力，以纠正体布拉格光栅的热形变；

19、s6，重复步骤s3至s5，直至ccd相机探测到平整的衍射光斑分布，完成热形变矫正。

20、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

21、s7，记录所述激光脉冲的功率，以及各所述压电驱动器对体布拉格光栅施加的压力和/或拉力。

22、本申请提供的激光压缩器热变形矫正系统，通过激光脉冲压缩器对激光脉冲进行时域压缩，输出窄脉宽的激光脉冲。同时，结合激光压缩器热变形矫正装置，利用面光栅和ccd相机获取激光脉冲通过体布拉格光栅后的衍射光斑，并基于图像数据处理电路对衍射光斑进行分析，确定体布拉格光栅的热变形情况。随后，通过应力补偿单元中的压电驱动器对体布拉格光栅施加相应的压力和/或拉力，实现对体布拉格光栅的热变形矫正。这种技术设计具有显著的技术效果，即通过面光栅和ccd相机获取衍射光斑，结合图像数据处理电路对衍射光斑的分析，实现了对体布拉格光栅热变形的实时监测。同时，通过应力补偿单元中的压电驱动器对体布拉格光栅施加相应的压力和/或拉力，实现对热变形的快速矫正，确保了激光脉冲压缩的稳定性和可靠性。采用本申请的激光压缩器热变形矫正系统，能够提高激光脉冲的光束质量。

技术特征：

1.一种激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述激光压缩器热变形矫正系统包括激光脉冲压缩器和激光压缩器热变形矫正装置；

2.根据权利要求1所述的激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述反射镜的反射率为99.5％，呈45°放置，用于反射输出所述窄脉冲的激光脉冲，以及将透射光束入射至所述面光栅。

3.根据权利要求1所述的激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述面光栅的刻线密度为1740l/mm，利特罗角为63°，用于将所述透射光束进行衍射，形成衍射光斑。

4.根据权利要求1所述的激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述ccd相机与所述图像数据处理电路电性连接，用于接收所述衍射光斑，根据所述衍射光斑生成图像信息，并将所述图像信息传输至所述图像数据处理电路。

5.根据权利要求1所述的激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述图像数据处理电路，用于对所述图像信息进行处理，以得到所述衍射光斑的偏移量数据。

6.根据权利要求5所述的激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述应力补偿单元包括设置于体布拉格光栅的安装槽顶面和侧面的4组压电驱动器；

7.根据权利要求1所述的激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述体布拉格光栅的口径为5mm×5mm，通光方向长度为45mm，反射光谱宽度为9nm，经高热导率铟箔包裹后固定于铜质安装槽。

8.根据权利要求1所述的激光压缩器热变形矫正系统，其特征在于，所述激光脉冲的平均功率为120w，中心波长为1030nm，脉宽为300ps，光谱宽度为8nm；光束为准直输出，直径3mm。

9.一种激光压缩器热变形矫正方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的激光压缩器热变形矫正方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结本申请涉及一种激光压缩器热变形矫正系统及方法。系统包括激光脉冲压缩器和激光压缩器热变形矫正装置。其中，激光脉冲压缩器包括依次设置于激光出射方向的偏振片、1/4波片和体布拉格光栅和反射镜，用于对激光脉冲进行时域压缩，以输出窄脉宽的激光脉冲。激光压缩器热变形矫正装置包括面光栅、CCD相机、图像数据处理电路、应力补偿单元，用于基于激光脉冲获取衍射光斑，并根据衍射光斑调整施加在体布拉格光栅上的压力和/或拉力，以对体布拉格光栅进行热变形矫正。采用本申请的激光压缩器热变形矫正系统，能够提高激光脉冲的光束质量。技术研发人员：杨直受保护的技术使用者：杭州奥创光子技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29