申请/专利权人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所

申请日：2023-07-25

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN116851922B

主分类号：B23K26/352

分类号：B23K26/352;B22F12/82;B33Y40/00;B23K26/064;B23K26/067;B23K26/03

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2023.10.27#实质审查的生效;2023.10.10#公开

摘要：本发明提供了一种激光干涉增材制造去污表面结构的制备系统及方法，包括用于产生并输出初始飞秒激光束的飞秒激光输出单元；将飞秒激光输出单元的输出分束输出第一飞秒激光束和第二飞秒激光束的衍射分束器；设置在第一飞秒激光束的光路上的第一反射单元；设置在第二飞秒激光束的光路上的第二反射单元；振镜输出单元位于第一反射单元和第二反射单元的输出光路上，用于接收第一反射单元和第二反射单元输出的激光束，该两路激光束形成激光干涉图像；然后通过增材制造加工装置将激光干涉图像扫描在工件表面，在工件上制备微纳结构功能表面。

主权项：1.一种激光干涉增材制造去污表面结构的制备系统，其特征在于，包括：飞秒激光输出单元100，用于产生并输出初始飞秒激光束2；衍射分束器5，将飞秒激光输出单元100产生的初始飞秒激光束2分束输出与飞秒激光输出单元100的光轴对称的第一飞秒激光束6和第二飞秒激光束7；第一飞秒激光束6和第二飞秒激光束7的周期与波长完全相同；第一反射单元200，设置在第一飞秒激光束6的光路上，用于对第一飞秒激光束6进行相位调制并反射输出；第二反射单元300，设置在第二飞秒激光束7的光路上，用于对第二飞秒激光束7反射输出；振镜输出单元400，位于第一反射单元200和第二反射单元300的输出光路上，用于接收第一反射单元200和第二反射单元300输出的激光束，该两路激光束形成激光干涉图像；然后通过增材制造加工装置将激光干涉图像扫描在工件18表面，在工件18上制备微纳结构功能表面；所述飞秒激光输出单元100包括飞秒激光器1、聚焦透镜3和位移平台4；聚焦透镜3和位移平台4的固定部均位于飞秒激光器1的输出端一侧，且飞秒激光器1的光轴与聚焦透镜3的光轴共线设置；聚焦透镜3还设置在位移平台4的活动部上，位移平台4的活动部可相对于飞秒激光器1的光轴延伸方向移动；聚焦透镜3用于改变飞秒激光器1输出的初始飞秒激光束2的光斑大小；所述第一反射单元200包括顺次设置的第一激光反射镜8、空间光调制器9和第二激光反射镜10；第一激光反射镜8的输入端位于第一飞秒激光束6的光轴上，第一激光反射镜8的输出端与空间光调制器9的输入端光路连通，空间光调制器9的输出端与第二激光反射镜10的输入端光路连通，第二激光反射镜10的输出端与振镜输出单元400的输入端光路连通；所述第二反射单元300包括第三激光反射镜12和第四激光反射镜13；第三激光反射镜12的输入端位于第二飞秒激光束7的光轴上，第三激光反射镜12的输出端与第四激光反射镜13的输入端光路连通，第四激光反射镜13的输出端与振镜输出单元400的输入端光路连通；第一反射单元200的光路和第二反射单元300的光路相对于飞秒激光器1的光轴对称设置；所述振镜输出单元400包括激光光纤15、振镜模组16和场镜17；激光光纤15的输入端分别与第二激光反射镜10的输出端和第四激光反射镜13的输出端光路连通，激光光纤15的输出端与振镜模组16的输入端光路连通，振镜模组16的输出端的光轴与场镜17的光轴重合；振镜模组16用于反射输出的激光干涉图像，场镜17接收振镜模组16反射的激光干涉图像并改变工件18表面的激光干涉图像的光斑大小；激光干涉图像对应的干涉激光束的烧蚀过程具有高斯强度分布，该高斯强度分布形状为圆锥体；所述第二激光反射镜10或者第四激光反射镜13分别设置在不同的测角仪的旋转轴上；通过测角仪机械运动实现第二激光反射镜10或者第四激光反射镜13偏转，并获取相应的角度，精确调整第一飞秒激光束6的限位与第二飞秒激光束7两者的相位差；一种激光干涉增材制造去污表面结构的制备系统的使用方法，包括如下步骤：S1：配置上述的激光干涉增材制造去污表面结构的制备系统；S2：飞秒激光输出单元100产生1064nm、持续时间为皮秒级的初始飞秒激光束2；初始飞秒激光束2通过聚焦透镜3至衍射分束器5中；由衍射分束器5输出与飞秒激光器1的光轴对称的第一飞秒激光束6和第二飞秒激光束7，第一飞秒激光束6送入第一反射单元200中，第二飞秒激光束7送入第二反射单元300中；S3：第一反射单元200的空间光调制器9对第一飞秒激光束6进行相位调制后输出至振镜输出单元400，第二反射单元300将第二飞秒激光束7反射后输出至振镜输出单元400；第一反射单元200的光路和第二反射单元300的光路相对于飞秒激光器1的光轴对称设置；第一反射单元200输出的激光束和第二反射单元300输出的激光束形成干涉图像；S4：激光光纤15接收干涉图像并发送给振镜模组16，振镜模组16一方面接收干涉图像并反射输出，另一方面还对工件18的表面进行定位，振镜模组16的输出经过场镜17投射在工件18表面；所述激光干涉图像的尺寸由空间光调制器9的相位调节，激光干涉图像的光强由第二激光反射镜10或者第四激光反射镜13的角度决定；所述激光干涉图像的条纹间距由第一飞秒激光束6或者第二飞秒激光束7的波长以及相对于激光光纤15的入射角决定；激光干涉图像为明暗相间的条纹，其强度分布如公式1所示； 公式1；其中激光干涉图像的强度为Ix，y；I0、λ和θ为第一飞秒激光束6和第二飞秒激光束7的光强、波长和在激光光纤15上的入射角。

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