显著增强水导激光的功率能力：一种通过轴向多焦点光束整形的光学击穿抑制策略

《Micromachines》：Significantly Improving the Power Capability of Water-Jet Guided Laser: An Optical Breakdown Suppression Strategy via Axial Multi-Focal Beam Shaping

　　

摘要

水导激光（WJGL）技术因其热影响区极小而受到精密制造领域的广泛关注。然而，激光诱导的水体击穿效应严重制约了可达到的激光功率和加工效率。本文提出并验证了一种采用定制设计的旋转对称非球面透镜的光学方案。该透镜旨在产生沿光轴分布的一系列离散焦点。这种构型在保持高平均激光功率的同时，将每个焦点处的峰值功率密度压制在水击穿上限以下。理论建模和光线追迹仿真证实了该透镜在形成可控多焦点光束方面的优越性能。实验结果表明，采用六焦点非球面透镜的WJGL系统可在350 W下稳定运行。与该系统中使用传统球面透镜时约50 W的稳定工作功率极限相比，功率提升了300 W。在NiTi合金微沟槽加工实验中，新系统将沟槽深度提高了约3.5倍，锥角减小了约2.7倍。本研究提供了一种实用且有效的光束整形策略，以克服WJGL技术中的功率瓶颈。