一种记录脉冲激光消融动态变化的装置及方法

摘要

本发明提供了一种记录脉冲激光消融动态变化的装置，包括光电探测器、分束镜、高速相机以及脉冲延迟控制发生器，其中分束镜设置于脉冲激光器的激光发射线路上，脉冲激光器所发射的脉冲激光中一部分经分束镜透射后作用于被消融目标上，脉冲激光中的另一部分经分束镜反射后反射至光电探测器，光电探测器与脉冲延迟控制发生器连接，脉冲延迟控制发生器与高速相机连接，所述的高速相机位于被消融目标的一侧，其镜头对准被消融目标。本发明还提供了记录脉冲激光消融动态变化的方法。本发明提供的技术方案解决了背景技术中的不足，该方法简单、易操作、记录精度高，可广泛运用于研究激光与物质在空气中或液体环境条件下相互作用的领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在利用激光对被消融目标进行消融的进程中，记录消融目标动态变 化的一种装置，本发明同时还相应的提供了一种记录脉冲激光消融动态变化的方法，属 于激光应用领域。

背景技术

在激光医学和激光工业运用领域通常采用光学阴影法记录激光与物质相互作用的 完整动态变化过程，这种方法要进行多次激光与物质作用且每次激光与物质作用时的延 迟时间均不相同，对每次作用的图片进行重新整合后作为单次激光与物质相互作用的完 整序列图。但实际运用中由于激光器响应时间较长(微秒甚至毫秒级)且响应时间不是恒 定值，因此会造成记录的动态过程时间不准确甚至错误。此外，如果用脉冲延迟控制发 生器同步控制激光器和高速相机，虽然可以记录完整的动态变化进程，但由于激光器响 应时间的多变性造成不能准确确定初始激光作用时间，从而导致记录的动态变化过程不 准确。

发明内容

本发明解决了上述背景技术中的不足，提供了一种记录脉冲激光消融动态变化的装 置，该装置可以通过高速相机拍摄激光作用后不同时间延迟条件下激光与物质相互作用 的动态变化过程，解决了背景技术中的不足，该方法简单、易操作、记录精度高，可广 泛运用于研究激光与物质在空气中或液体环境条件下相互作用的领域。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种记录脉冲激光消融动态变化的装置，至少包括光电探测器、分束镜、高速相机 以及脉冲延迟控制发生器，其中分束镜设置于脉冲激光器的激光发射线路上，脉冲激光 器所发射的脉冲激光中一部分经分束镜透射后作用于被消融目标上，脉冲激光中的另一 部分经分束镜反射后反射至光电探测器，光电探测器与脉冲延迟控制发生器连接，脉冲 延迟控制发生器与高速相机连接，所述的高速相机位于被消融目标的一侧，其镜头对准 被消融目标。

还设置有照明灯，所述的照明灯位于被消融目标的另一侧，且照明灯与高速相机位 于同一轴线上。所述的照明灯为LED灯或其他照明光源。

本发明还提供了一种利用上述装置记录脉冲激光消融动态变化的方法，方法如下： 首先开启脉冲激光器，脉冲激光器所发射的脉冲激光中一部分经分束镜透射后耦合进大 芯径光纤，经大芯径光纤传导后作用于被消融目标上，脉冲激光中的另一部分经分束镜 反射后反射至光电探测器，光电探测器接收到光信号后将其转换为电信号，并将电信号 通过外触发端触发脉冲延迟控制发生器工作，脉冲延迟控制发生器通过控制面板上的通 道同步或延迟输出一高电平信号，此高电平信号传输至高速相机，并控制高速相机拍照， 从而记录被消融目标的动态变化过程。

在脉冲延迟控制发生器被触发工作之前，开启位于被消融目标一侧的照明灯，以增 加高速相机所拍摄照片的亮度。

所述的高电平信号幅值为5V或者30V。

本发明所提供的技术方案与现有技术相比有以下优点：1、本发明所提供的技术方 案能够准确记录脉冲激光在空气中或透明液体环境条件下诱导消融目标（液体或固体如 金属、软或硬生物组织等）的动态变化进程，其照片时间记录精度可达到微秒级。2、 经分束镜反射后的部分脉冲激光被高速响应(响应时间纳秒级)的光电探测器转变为电信 号触发脉冲延迟控制发生器工作，脉冲延迟控制发生器输出矩形脉冲高电平信号触发高 速相机工作，从而可精确记录激光与物质相互作用的完整动态变化过程。3、本发明方 法避开了激光器响应时间参数，而由激光输出部分光经过光电探测器、脉冲延迟控制发 生器后间接控制高速相机工作，这样可以从时间域和空间域准确记录激光与物质在空气 中或液体环境条件下相互作用的完整动态变化过程，有利于研究激光与物质在不同条件 下被消融目标质的机理，这对于激光医学和激光在工业上的运用具有重要的运用价值。

目前无论在激光医学应用领域还是在工业应用领域，还是在激光微加工、切割、凝 固领域，近年来研究人员发现脉冲激光在液体环境条件下比在空气中被消融目标质时具 有更好的消融性能，主要体现在提高了消融效率和消融凹坑表面的质量。本发明可成为 研究激光与物质在不同条件下相互作用机理的有效手段，因此具有广阔应用前景和实用 价值。

附图说明

图1为本发明所提供的记录脉冲激光消融动态变化的装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限 于以下实施例。

本发明所提供的记录脉冲激光消融动态变化的装置的结构框图如图1所示，包括光 电探测器、分束镜、高速相机、脉冲延迟控制发生器以及照明灯，其中照明灯为LED灯。

从图1中看以看出，分束镜设置于脉冲激光器的激光发射线路上，脉冲激光器所发 射的脉冲激光中一部分经分束镜透射后作用于被消融目标上，脉冲激光中的另一部分经 分束镜反射后反射至光电探测器，光电探测器与脉冲延迟控制发生器连接，脉冲延迟控 制发生器与高速相机连接，所述的高速相机位于被消融目标的一侧，其镜头对准被消融 目标，所述的照明灯位于被消融目标的另一侧。

如果本装置用于监控空气中脉冲激光与物质相互作用进程，可不需要照明灯，仅由 脉冲延迟控制发生器控制高速相机直接进行拍摄即可。

采用本发明所提供的装置记录脉冲激光消融动态变化的方法如下：首先开启脉冲激 光器，脉冲激光器所发射的脉冲激光中一部分经分束镜透射后耦合进大芯径光纤，经大 芯径光纤传导后作用于被消融目标上，脉冲激光中的另一部分经分束镜反射后反射至光 电探测器，光电探测器接收到光信号后将其转换为电信号，并将电信号通过外触发端触 发脉冲延迟控制发生器工作，脉冲延迟控制发生器通过控制面板上的通道同步或延迟输 出一高电平信号，高电平信号幅值为5V或者30V，此高电平信号传输至高速相机，并控 制高速相机拍照，从而记录被消融目标的动态变化过程。

在脉冲延迟控制发生器被触发工作之前，开启位于被消融目标一侧的照明灯。倘若 激光与物质的相互作用进程是在空气中发生，则不需要使用照明灯。