激光聚焦与激光打微孔实验设计.pdfVIP

第 34卷 第 12期 物 理 实 验 Vo1．34 NO．12 2014年 12月 PHYSICSEXPERIM ENTAT10N Dec．，2O14 激光聚焦与激光打微孔实验设计 敖 霖 ，管羿炜 ，汪 晓 ，张增明 ，张 权 ，朱 玲b，赵 伟 (中国科学技术大学a．物理学院；b．物理实验中心，安徽 合肥 230026) 摘 要：利用激光束的高亮度、高方向性、高单色性等特点，让固体激光器所产生的激光依次通过光阑、准直镜组、聚 焦透镜来获得光斑半径小、强度高的光束 ，并用其对金属靶材进行加工，得到了优于机械打孔的微孔． 关键词 ：激光准直 ；激光聚焦}腰斑半径 ；微孔 中圈分类号：TN249 文献标识码 ：A 文章编号：1005—4642(2014)12-0006—04 位面的光斑半径 ，R为与传播轴线相交于z点的 1 引 言 光束等相位的曲率半径，，为共焦参量． 随着科学技术的发展，许多高精尖产品的关 在传播方向上的光斑半径最小值称为腰斑半 键零件都设计有许多微孔以完成特定功能．这些 径 (图中∞。)，实验中即用这一横截面上 的激光进 孔的特点有 ：尺寸微小 ，数量庞大 ，加工精度要求 行小孔加工．另外，根据高斯光束的传播特点，为 高 ，形状复杂．传统加工方法越来越难 以满足这 得到优质的激光束 ，将在光路 中加入光阑滤掉振 些工艺要求．激光技术作为 20世纪对人类文 明 幅较低的部分．图 1为光斑半径在传播方 向上的 影响最为深远 的重大科技之一 ，因其 良好 的单色 变化 ，图2为振幅在横截面上的分布． 性 、方向性等特点，在机械加工 中，激光打孔技术 与传统工艺相 比拥有显著的优点．由于激光高斯 光束本身的性质，将其均匀地、高效地、精准地聚 焦在一点在实际操作中会成为一件十分困难的事 ＼＼ ，＼ ．．． 情，因此激光打孔工艺也迟迟未能取代传统工艺． ＼ ／ 9 ＼ j9 本实验 旨在通过对激光光束进行较为精准的准 — 直、聚焦、定位等操作将激光光束调制为 1柬能量 密度高且光斑半径小的光束 ，并结合理论 自主设 计光路 ，在实验室中实现激光聚焦与激光打微孔． 图1 光斑半径与传播方向关系图 2 原 理 通常情形，激光谐振腔发出的基模辐射场 ，其 一 横截面的振幅分布遵守高斯函数，称为高斯光束． 一 沿 z轴传播的基模高斯光束满足 ， 、 f r 1