激光冲击喷丸过程中用于脉冲激光光束控制的装置和方法与流程

技术特征：
1.一种用于脉冲激光光束控制的装置，该装置包括：二极管泵浦固态激光(dpssl)振荡器，被配置为生成并输出具有与控制器的电流设置选择相对应的预定义光束特性的脉冲激光光束，其中，所述控制器响应于所述电流设置选择，控制电流源输出电流以调谐所述dpssl振荡器以生成具有在定义容差内的脉冲宽度、第一能量、第一空间分布和第一时间分布的第一光束；滤光器，其配置为使用第二时间分布修改接收到的具有经修改的脉冲宽度(pw2)的经修改的第一光束，以输出具有第二能量、第二空间分布和第二时间分布的第二光束；以及多级放大器，其配置为将光束能量放大和光束分布修改之后输出一个出射光束，所述多级放大器包括：第一级放大器，其配置为放大和修改所述第二光束以输出具有第三能量和第三时间分布的第三光束；以及第二级放大器，其配置为放大和修改所述第三光束以输出具有第四能量和第四时间分布的第四光束，其中所述第四光束基本上将所述脉冲宽度(pw1)或所述经修改的脉冲宽度(pw2)保持在所述定义容差内。2.如权利要求1所述的装置，包括设置在所述dpssl振荡器输出端的第一对波片和第一偏振片，其中，所述第一对波片和第一偏振片被配置为相对于所述第一光束旋转一定量的偏振角，以衰减第一光束的第一能量以生成不超过限定第一能级经衰减的所述第一光束。3.如权利要求2所述的装置，包括设置在所述第一对波片和所述第一偏振片之间的第二对普克尔盒和第二偏振片，以及滤光器，其中，所述第二对普克尔盒和所述第二偏振片被配置为通过允许或阻止所述经衰减的第一光束离开所述普克尔盒，对来自所述第一偏振片的所述经衰减的第一光束执行纳秒持续时间切换，其中，出射光束为具有所述经修改的脉冲宽度(pw2)和所述第二时间分布的所述经修改的第一光束。4.如权利要求3所述的装置，其中，所述普克尔盒包括一种晶体材料，所述晶体材料包括硼酸钡或磷酸二氘钾中的一种。5.如权利要求4所述的装置，其中，在所述普克尔盒包括含有所述磷酸二氘钾的所述晶体材料的情况下，所述普克尔盒还配置为执行对所述第一光束或所述经衰减的第一光束的前缘进行脉冲切片，以输出小于12纳秒的所述经修改的脉冲宽度(pw2)和具有经修改的时间分布所述经修改的第一光束。6.如权利要求4所述的装置，其中，从所述dpssl振荡器输出的所述第一光束具有第一直径和翼部，并且所述滤光器包括：扩束器，其配置为将所述经修改的第一光束的直径扩展到大于所述第一直径；以及变迹器，其配置为从所述扩束器接收经扩展修改后的第一光束，以移除所述翼部，以输出具有不带所述翼部的所述第二空间分布的所述第二光束。7.如权利要求1所述的装置，其中，所述多级放大器还包括：第三级放大器，其配置为放大和修改所述第四光束以输出具有第五能量和第五时间分布的第五光束；以及第四级放大器，其配置为放大和修改第五光束以输出具有第六能量和第六时间分布的第六光束或出射光束。8.如权利要求1所述的装置，其中，从所述多级放大器到光束传送装置的出射光束具有
近场值和测量值，并且所述光束传送装置包括真空继电器成像模块(vrim)，所述真空继电器成像模块配置为保持所述出射光束的近场值和测量值，并且将所述出射光束传送到目标部件。9.如权利要求2所述的装置，还包括耦合到所述第一偏振片、所述第二偏振片以及设置在所述多级放大器之后的光束传送装置中的一个或其组合的光束检测器，所述光束检测器用于监测光束脉冲宽度、光束直径和能级中的一个或其组合。10.如权利要求9所述的装置，其中，所述光束检测器在监测过程中生成误差信号，作为反馈信号发送回所述控制器，其中，如果所述误差信号的幅度超过定义误差范围，则所述反馈信号使所述控制器执行以下之一或其组合：配置电流源以输出校正电流以调谐所述dpssl振荡器以抵消所述脉冲宽度误差信号，直到所述脉冲宽度(pw1)根据电流设置选择保持在所述定义容差内；配置所述第一对波片和所述第一偏振片，相对于第一光束旋转一定量的校正偏振角，以增加或减少所述第一光束的所述第一能量的衰减，以保持在限定的所述第一能级内；配置所述普克尔盒接通或断开，或将所述经修改的脉冲宽度(pw2)调整到保持在所述定义容差内的量；以及配置所述多级放大器以调整所述光束能量放大和所述光束分布修改中的一个或其组合，以保持在限定的输出能级和限定的光束分布内。11.如权利要求9所述的装置，还包括设置在所述dpssl振荡器和所述波片之间的第一隔离器，以及设置在所述多级放大器和所述光束传送装置之间的第二隔离器，其中，所述第一隔离器和所述第二隔离器防止光束在相反的方向上反射。12.一种用于脉冲激光光束控制的方法，该方法包括：由二极管泵浦固态激光(dpssl)振荡器生成并输出具有对应于控制器的电流设置选择的预定义光束特性的脉冲激光光束；响应于所述电流设置选择，所述控制器控制电流源输出电流以调谐所述dpssl振荡器以生成具有在定义容差内的脉冲宽度(pw1)、第一能量、第一空间分布和第一时间分布的第一光束；通过滤光器修改接收到的具有经修改的脉冲宽度(pw2)和第二时间分布的经修改的第一光束110，以输出一个具有第二能量、第二空间分布、以及第二时间分布的第二光束；以及通过多级放大器放大光束能量和修改光束分布，以输出一个出射光束，所述多级放大器放大光束能量和修改光束分布包括：通过第一级放大器放大和修改所述第二光束，以输出具有第三能量和第三时间分布的第三光束；以及通过第二级放大器放大和修改所述第三光束，以输出具有第四能量和第四时间分布的第四光束，其中所述第四光束基本上将所述脉冲宽度(pw1)或所述经修改的脉冲宽度(pw2)保持在所述定义容差内。13.如权利要求12所述的方法，还包括通过第一对波片和第一偏振片衰减所述第一光束的第一能量，其中所述第一对波片和第一偏振片设置在所述dpssl振荡器的输出端，并且所述第一对波片和第一偏振片配置为相对于所述第一光束旋转一定量的偏振角，以衰减所述第一光束的第一能量以生成不超过限定的第一能级的经衰减的所述第一光束。14.如权利要求13所述的方法，还包括通过第二对普克尔盒和第二偏振片以每纳秒持
续时间接通所述经衰减的第一光束，其中所述第二对普克尔盒和第二偏振片被设置在所述第一对波片和第一偏振片之间，还包括滤光器，所述第二偏振片配置为通过允许或防止所述衰减第一光束离开所述普克尔盒，对所述经衰减的第一光束执行纳秒持续时间切换，其中所述出射光束为具有所述经修改的脉冲宽度(pw2)和第二时间分布的所述经修改的第一光束。15.如权利要求14所述的方法，其中，所述普克尔盒包括一种晶体材料，所述晶体材料包括硼酸钡或磷酸二氘钾中的一种。16.如权利要求15所述的方法，其中，在所述普克尔盒包括含有所述磷酸二氘钾的所述晶体材料的情况下，所述普克尔盒还配置为执行对所述第一光束或所述经衰减的第一光束的前缘进行脉冲切片，以输出小于12纳秒的所述经修改的脉冲宽度(pw2)和具有经修改的时间分布的所述经修改的第一光束。17.如权利要求14所述的方法，其中，从所述dpssl振荡器输出的所述第一光束具有第一直径和翼部，并且其中所述滤光器包括：扩束器，其配置为将所述修改第一光束的直径扩展到大于所述第一直径；以及变迹器，其配置为从所述扩束器接收经扩展修改后的所述第一光束，以移除所述翼部，以输出具有不带所述翼部的所述第二空间分布的所述第二光束。18.如权利要求12所述的方法，其中，所述多级放大器还包括：第三级放大器，其配置为放大和修改所述第四光束以输出具有第五能量和第五时间分布的第五光束；以及第四级放大器，其配置为放大和修改第五光束以输出具有第六能量和第六时间分布的第六光束或所述出射光束。19.如权利要求12所述的方法，其中，其中从所述多级放大器到光束传送装置的出射光束具有近场值和测量值，并且所述光束传送装置包括真空继电器成像模块(vrim)，所述真空继电器成像模块配置为保持所述出射光束的近场值和测量值，并且将所述出射光束传送到目标部件。20.如权利要求13所述的方法，还包括使用光束检测器来监测以下的一种或多种组合：光束脉冲宽度、光束直径以及能级，其中所述光束检测器耦合到所述第一偏振片、所述第二偏振片和设置在所述多级放大器之后的光束传送装置中的一个或其组合，所述光束传送装置用于将来自所述多级放大器的所述出射光束传送到目标部件。21.如权利要求20所述的方法，还包括使用所述光束检测器在监测过程中产生误差信号，作为反馈信号发送回所述控制器，其中，如果所述误差信号的幅度超过定义误差范围，则所述反馈信号使所述控制器执行以下之一或其组合：配置电流源以输出校正电流以调谐所述dpssl振荡器以抵消所述脉冲宽度误差信号，直到所述脉冲宽度(pw1)根据电流定置选择保持在所述定义容差内；配置所述第一对波片和所述第一偏振片，以将所述第一光束旋转一个校正偏振角，以增加或减少所述第一光束的所述第一能量的衰减，以保持在限定的所述第一能级内；配置所述普克尔盒以接通或断开，或将所述经修改的脉冲宽度(pw2)调整到保持在所述定义容差内的量；以及，配置所述多级放大器以调整所述光束能量放大和所述光束分布修改中的一个或
其组合，以保持在限定的输出能级和限定的光束分布内。22.如权利要求20所述的方法，还包括设置在所述dpssl振荡器和所述波片之间的第一隔离器，以及设置在所述多级放大器和所述光束传送装置之间的第二隔离器，其中，所述第一隔离器和所述第二隔离器防止光束在相反的方向上反射。

技术总结
本申请提供了一种用于脉冲激光光束控制的装置，该装置包括：(i)二极管泵浦固态激光振荡器，配置为生成并输出具有与控制器的电流设置选择相对应的预定义光束特性的脉冲激光光束；和(ii)放大器，其配置为放大能量并修改脉冲激光光束的光束分布。光束检测器与所产生的激光束耦合，以监测以下组合：(i)脉冲激光光束的宽度；(ii)脉冲激光光束的直径；和(iii)能量层级，并生成一个误差信号作为反馈信号发送回控制器。所述控制器配置有电流源以输出校正电流以调谐所述DPSSL振荡器、波片和第一偏振片，以旋转校正偏振角并将能量放大或时间分布调整到定义的性能容差内。整到定义的性能容差内。整到定义的性能容差内。


技术研发人员：天一
受保护的技术使用者：山东迈特莱斯金属表面科技有限公司
技术研发日：2021.03.07
技术公布日：2023/3/10