[發明專利]一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202011405136.2
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112539917A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 康民強;李劍彬;鄧穎;蔣學君;陳遠斌;黃醒;董一方;周松;向祥軍;張帆;粟敬欽;朱啟華;鄭建剛;鄭奎興;陳波;鄭萬國
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

1.一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，包括：

第一激光器，用于輸出連續激光；

第二激光器，用于輸出與連續激光不同光軸的短脈沖激光，且短脈沖激光的輸出時間晚于連續激光的輸出時間；

和耦合組件，所述連續激光經過第一聚焦組件傳輸至耦合組件，所述短脈沖激光經過第二聚焦組件傳輸至耦合組件，且第一聚焦組件、第二聚焦組件均可移動，聚焦后的連續激光和短脈沖激光經耦合組件耦合合束至同一光軸形成復合激光，所述復合激光直接作用于巖石。

2.根據權利要求1所述的一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，所述第一激光器為高功率光纖激光器，其輸出接口為QBH/QD標準形式，輸出光纖芯徑大于100μm，連續激光的中心波長為1020-1100nm，且連續激光的功率大于1000W。

3.根據權利要求1所述的一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，所述第一激光器為光纖耦合輸出半導體激光器，其輸出接口為QBH/QD標準形式，輸出光纖芯徑大于200μm，連續激光的中心波長為800nm-980nm，且連續激光的功率大于1000W。

4.根據權利要求1所述的一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，所述第二激光器為激光二極管泵浦重頻脈沖固體激光器，其輸出為空間光束，短脈沖激光的中心波長為1030nm-1064nm，所述短脈沖激光的重頻大于等于1000Hz時，單脈沖能量大于10mJ，所述短脈沖激光的重頻為500-1000Hz時，單脈沖能量大于100mJ，所述短脈沖激光的重頻小于等于10Hz時，單脈沖能量大于500mJ。

5.根據權利要求1所述的一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，所述第二激光器為調Q輸出的光纖脈沖激光器，其輸出為QBH/QD標準形式，輸出光纖芯徑大于200μm，短脈沖激光的中心波長為1020nm-1100nm，所述短脈沖激光的重頻大于等于1000Hz，單脈沖能量大于10mJ。

6.根據權利要求2-5任一所述的一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，所述耦合組件為雙色鏡或偏振片。

7.根據權利要求6所述的一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，所述第一聚焦組件與第二聚焦組件的結構相同，以調節連續激光和短脈沖激光作用于巖石上的光斑位置及光斑尺寸，且短脈沖激光作用于巖石上的光斑尺寸不大于連續激光作用于巖石上的光斑尺寸。

8.根據權利要求7所述的一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，所述第一聚焦組件包括聚焦透鏡和平移臺，所述聚焦透鏡位于平移臺上方，且平移臺可沿著連續激光的傳輸路徑移動。

9.根據權利要求8所述的一種短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置，其特征在于，所述連續激光經第一整形組件傳輸至第一聚焦組件，所述短脈沖激光經第二整形組件傳輸至第二聚焦組件，且第一整形組件與第二整形組件的結構相同，以調節連續激光和短脈沖激光的光斑形狀。

10.一種采用短脈沖激光與連續激光復合破巖的實驗裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：所述第一激光器輸出連續激光，且連續激光經第一聚焦組件傳輸至耦合組件處，并經耦合組件作用于巖石形成作用點，所述連續激光利用其熱效應輻射巖石；

S2：當連續激光作用于巖石后，所述第二激光器輸出短脈沖激光，且短脈沖激光經第二聚焦組件傳輸至耦合組件處，并經耦合組件耦合合束至與連續激光同一光軸形成復合激光，所述復合激光輻射并沖擊巖石形成作用點；

S3：移動第一聚焦組件和第二聚焦組件，調節作用點與光束焦點的相對位置，進而調節連續激光、短脈沖激光在作用點的光斑尺寸；

S4：固定第一聚焦組件，持續移動第二聚焦組件，以持續調節短脈沖激光在作用點的光斑尺寸，在移動過程中，保證短脈沖激光在作用點的光斑尺寸不大于連續激光在作用點的光斑尺寸，直至實驗結束。