[發(fā)明專利]一種記錄脈沖激光消融動態(tài)變化的裝置及方法

有效

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• 申請日: 2013-11-23
• 公開（公告）號: CN103624409A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂濤;張偉;陳昉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(武漢)
• 主分類號: B23K26/70
• 分類號: B23K26/70;B23K26/36
• 代理公司: 武漢華旭知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42214
• 代理人: 周宗貴;劉榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在利用激光對被消融目標進行消融的進程中，記錄消融目標動態(tài)變化的一種裝置，本發(fā)明同時還相應(yīng)的提供了一種記錄脈沖激光消融動態(tài)變化的方法，屬于激光應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在激光醫(yī)學和激光工業(yè)運用領(lǐng)域通常采用光學陰影法記錄激光與物質(zhì)相互作用的完整動態(tài)變化過程，這種方法要進行多次激光與物質(zhì)作用且每次激光與物質(zhì)作用時的延遲時間均不相同，對每次作用的圖片進行重新整合后作為單次激光與物質(zhì)相互作用的完整序列圖。但實際運用中由于激光器響應(yīng)時間較長(微秒甚至毫秒級)且響應(yīng)時間不是恒定值，因此會造成記錄的動態(tài)過程時間不準確甚至錯誤。此外，如果用脈沖延遲控制發(fā)生器同步控制激光器和高速相機，雖然可以記錄完整的動態(tài)變化進程，但由于激光器響應(yīng)時間的多變性造成不能準確確定初始激光作用時間，從而導致記錄的動態(tài)變化過程不準確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決了上述背景技術(shù)中的不足，提供了一種記錄脈沖激光消融動態(tài)變化的裝置，該裝置可以通過高速相機拍攝激光作用后不同時間延遲條件下激光與物質(zhì)相互作用的動態(tài)變化過程，解決了背景技術(shù)中的不足，該方法簡單、易操作、記錄精度高，可廣泛運用于研究激光與物質(zhì)在空氣中或液體環(huán)境條件下相互作用的領(lǐng)域。

實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為：

一種記錄脈沖激光消融動態(tài)變化的裝置，至少包括光電探測器、分束鏡、高速相機以及脈沖延遲控制發(fā)生器，其中分束鏡設(shè)置于脈沖激光器的激光發(fā)射線路上，脈沖激光器所發(fā)射的脈沖激光中一部分經(jīng)分束鏡透射后作用于被消融目標上，脈沖激光中的另一部分經(jīng)分束鏡反射后反射至光電探測器，光電探測器與脈沖延遲控制發(fā)生器連接，脈沖延遲控制發(fā)生器與高速相機連接，所述的高速相機位于被消融目標的一側(cè)，其鏡頭對準被消融目標。

還設(shè)置有照明燈，所述的照明燈位于被消融目標的另一側(cè)，且照明燈與高速相機位于同一軸線上。所述的照明燈為LED燈或其他照明光源。

本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置記錄脈沖激光消融動態(tài)變化的方法，方法如下：首先開啟脈沖激光器，脈沖激光器所發(fā)射的脈沖激光中一部分經(jīng)分束鏡透射后耦合進大芯徑光纖，經(jīng)大芯徑光纖傳導后作用于被消融目標上，脈沖激光中的另一部分經(jīng)分束鏡反射后反射至光電探測器，光電探測器接收到光信號后將其轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號通過外觸發(fā)端觸發(fā)脈沖延遲控制發(fā)生器工作，脈沖延遲控制發(fā)生器通過控制面板上的通道同步或延遲輸出一高電平信號，此高電平信號傳輸至高速相機，并控制高速相機拍照，從而記錄被消融目標的動態(tài)變化過程。

在脈沖延遲控制發(fā)生器被觸發(fā)工作之前，開啟位于被消融目標一側(cè)的照明燈，以增加高速相機所拍攝照片的亮度。

所述的高電平信號幅值為5V或者30V。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案能夠準確記錄脈沖激光在空氣中或透明液體環(huán)境條件下誘導消融目標（液體或固體如金屬、軟或硬生物組織等）的動態(tài)變化進程，其照片時間記錄精度可達到微秒級。2、經(jīng)分束鏡反射后的部分脈沖激光被高速響應(yīng)(響應(yīng)時間納秒級)的光電探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栍|發(fā)脈沖延遲控制發(fā)生器工作，脈沖延遲控制發(fā)生器輸出矩形脈沖高電平信號觸發(fā)高速相機工作，從而可精確記錄激光與物質(zhì)相互作用的完整動態(tài)變化過程。3、本發(fā)明方法避開了激光器響應(yīng)時間參數(shù)，而由激光輸出部分光經(jīng)過光電探測器、脈沖延遲控制發(fā)生器后間接控制高速相機工作，這樣可以從時間域和空間域準確記錄激光與物質(zhì)在空氣中或液體環(huán)境條件下相互作用的完整動態(tài)變化過程，有利于研究激光與物質(zhì)在不同條件下被消融目標質(zhì)的機理，這對于激光醫(yī)學和激光在工業(yè)上的運用具有重要的運用價值。

目前無論在激光醫(yī)學應(yīng)用領(lǐng)域還是在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，還是在激光微加工、切割、凝固領(lǐng)域，近年來研究人員發(fā)現(xiàn)脈沖激光在液體環(huán)境條件下比在空氣中被消融目標質(zhì)時具有更好的消融性能，主要體現(xiàn)在提高了消融效率和消融凹坑表面的質(zhì)量。本發(fā)明可成為研究激光與物質(zhì)在不同條件下相互作用機理的有效手段，因此具有廣闊應(yīng)用前景和實用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的記錄脈沖激光消融動態(tài)變化的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做詳細具體的說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不局限于以下實施例。

本發(fā)明所提供的記錄脈沖激光消融動態(tài)變化的裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括光電探測器、分束鏡、高速相機、脈沖延遲控制發(fā)生器以及照明燈，其中照明燈為LED燈。