CN101202414B - 灯泵浦激光器的预脉冲泵浦光控制 - Google Patents
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Abstract
根据本发明，具有用于光泵浦激光棒(4)的闪光灯(5)的灯泵浦激光器(1)包括探测闪光灯(5)的光泵浦功率的传感器(7)，和基于探测的泵浦功率并对应于与所述光泵浦功率的预定上升特性提高泵浦光源(5)的电功率的控制单元(10)。基于其探测的泵浦功率并对应于光泵浦功率的预定上升特性以受控的方式提高闪光灯(5)的电功率。
Description
技术领域
本发明涉及电驱动灯泵浦激光器的泵浦光源，尤其是闪光灯(flash lamp)，的方法，其中，将泵浦光源的电功率至少提高到光泵浦功率的激光阈值，激光阈值是触发激光脉冲所需要的，本发明还涉及灯泵浦激光器，其适合于执行该方法并且包括用于光泵浦激光介质/晶体的泵浦光源，尤其是闪光灯。
背景技术
闪光灯在短脉冲范围(＜0.5ms)行为不稳定，即发射的泵浦光和灯电流、电压或电泵浦功率之间的关系可能只在有限程度上维持。稳定和不稳定灯行为之间的区别由此主要基于特定的瞬变振荡行为。图3a和3b基于两个示波器对经由灯电流控制传统脉冲的记录示出这点，以前将其用于使激光器达到激光阈值。图3a和3b显示激光功率Plaser、泵浦光功率Ppump和闪光灯功率IB或用于电流控制的灯电流源的电流默认值ISET(图4)。闪光灯电流IB经由在闪光灯电流源处的斜线电流默认值而受到电流控制。当脉冲持续时间和脉冲功率参数相同时，图3a显示到激光器触发水平(激光阈值)的更快的泵浦光功率增长，图3b显示更慢的增长。与图3b形成对比，图3a显示脉冲序列的非瞬变第一脉冲，而在图3b中达到瞬变状态。如图4中所示，对于叠加显示的多个示波器记录，泵浦光功率的不同增长产生约250μs的触发抖动(triggerjitter)Δ，其中，所有的示波器记录被显示为被偏移(shifted)(触发)为公共激光脉冲起始点。抖动Δ定义带时钟过程(clocked process)中的时间波动/误差，即激光脉冲在短脉冲范围内不是以相同的间隔被触发，而是被延迟或过早地触发。因为时间间隔(在该时间间隔中光泵浦功率达到激光阈值)不同，闪光灯的不稳定瞬变行为引起脉冲触发抖动。
当闪光灯行为稳定时，这种用于经由灯电流触发短激光脉冲的传统预脉冲控制(prepulse control)几乎无抖动。然而，这些具有稳定瞬变行为的闪光灯具有相对较短的使用寿命。
发明内容
与其相反，本发明的目的是规定用于触发激光脉冲的控制，尤其是在短脉冲范围，以减小抖动，尤其是，当使用具有稳定行为的闪光灯时，并提供相应的灯泵浦激光器。
根据本发明使用上述方法实现了该目的，探测泵浦光源的泵浦功率，并且基于探测的泵浦功率，与光泵浦功率的预定上升特性相应以受控方式提高泵浦光源的电功率。优选地，以光学方式探测泵浦光源的泵浦功率。
根据本发明的一方面，提供了一种用于电驱动灯泵浦激光器的泵浦光源的方法，其特征在于，以光学方式探测所述泵浦光源的光泵浦功率，并基于所探测的光泵浦功率且对应于所述光泵浦功率的预定上升特性以受控的方式提高所述泵浦光源的电功率，在达到触发激光脉冲所需要的所述光泵浦功率的激光阈值后，基于激光束的功率控制所述泵浦光源的所述电功率。
优选地，本发明的泵浦光源是闪光灯。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有用于光泵浦激光棒的泵浦光源的灯泵浦激光器，其特征在于：
—传感器，光探测所述泵浦光源的光泵浦功率，
—激光传感器，探测激光束的功率，以及
—控制单元，基于所探测的光泵浦功率并对应于所述光泵浦功率的预定上升特性提高所述泵浦光源的电功率到触发激光脉冲所需要的所述光泵浦功率的激光阈值，且在所述泵浦光源的电功率达到所述激光阈值后，基于所述激光传感器探测的激光束的功率，控制所述泵浦光源的所述电功率。
优选地，本发明的泵浦光源是闪光灯。
根据本发明，以受控的方式使泵浦光达到激光阈值，如果需要，由此考虑其他比较量(例如，实际/标称值调节)。与传统电流控制的预脉冲控制相比，这种预脉冲泵浦光控制相当程度上减小了触发抖动并且因此还减小了预脉冲持续时间。换句话说，调整闪光灯的瞬变振荡行为，由此使得抖动减小并加速地触发激光脉冲。由于光泵浦光控制，瞬变振荡行为所起作用小，从而能够使用具有更长使用寿命的闪光灯。
发明的光泵浦光控制具有以下优点，尤其是，当使用闪光灯时：
—能减小触发抖动到最小(≤50μs)，
—能够减小预脉冲持续时间至少30％，即，能够在更高的最大频率操作相应的激光装置，
—在灯的选择中，瞬变振荡行为起较小作用，即，能够考虑到使用寿命优化灯，
—激光器使用期间，由于规定的泵浦功率，改善了短脉冲的控制。
优选地在激光谐振器外探测泵浦光源的光泵浦功率。光泵浦功率的预定上升特性能够有任何曲线形状，例如，为上升到激光阈值的斜线(ramp)。
特别优选地，基于当达到激光阈值时的激光功率控制泵浦光源的电功率，即，达到激光阈值后从光学预脉冲控制转变为尤其是光激光器功率控制。有利地，达到激光阈值后，继续进行泵浦光源的泵浦功率的探测，从而在激光功率控制的起始点，泵浦光信号能够被用于诊断。可以将测得的“泵浦光能量”与测得的激光能量相关，例如通过积分探测激光脉冲期间的泵浦光信号，以确定激光配置的效率和可能的老化效果、失调等。因此用于泵浦光探测的光电二极管应当具有光谱过滤器，以便仅测到泵浦光部分而没有激光功率部分(实际上HR镜具有有限的反射率)。
该发明还涉及具有泵浦光源尤其是闪光灯的灯泵浦激光器，泵浦光源用于光泵浦激光介质，根据本发明激光介质包括探测泵浦光源的光泵浦功率的传感器(例如光电二极管)和基于光泵浦功率根据预定上升特性探测的泵浦功率提高泵浦光源的电功率的控制单元。预脉冲期间的探测无需高度精确，因为该传感器不控制激光功率。为了调整激光功率/泵浦功率，测量应该更精确，例如，使用光谱过滤器。
优选地在谐振器外提供传感器，即，尤其是在高反射振荡镜(HR镜)后面提供传感器，因为这提供以下优点：
—对HR镜上泵浦光功率简单良好的探测，
—在激光棒中散射的泵浦光的积分探测(integral detection)，以便通过观察整个散射光忽略局部效应，
—HR镜很大程度上对泵浦光透明，并且因此无需分束器等。
原则上，传感器还能够被直接置于闪光灯上或谐振器中。
灯泵浦激光器优选地包括探测激光束功率的激光功率传感器，以便在达到激光阈值时探测激光并其后经由激光功率传感器控制激光。激光功率传感器能够被置于激光谐振器外以探测解耦束的功率或置于激光谐振器内。传感器和激光功率传感器还可以定位在不同的测量点或相同的测量点。
有利地，还提供了评估单元，其评估传感器和激光传感器的信号。例如，能够基于这些平行的激光和泵浦光的测量探测激光器配置效果和可能的老化效果、失调等。
能够从说明书、附图以及权利要求得出该发明主旨的进一步的优点和优选的实施方式。上述和下述特征可以被单独使用或以任意组合方式组合地使用。所示和描述的实施方式不应理解为穷举的而应理解为描述发明的示例特性。
附图说明
图1示出具有光预脉冲泵浦光控制的本发明的灯泵浦激光器；
图2示出发明预脉冲泵浦光控制的多个示波器记录，彼此叠加显示，在每种情况下触发到触发时间；
图3示出在非瞬变状态(图3a)和在瞬变状态(图3b)的灯电流的传统电流控制的预脉冲控制的两个示波器记录；以及
图4示出示于图3中的多个示波器记录，彼此叠置并且在每种情况下触发到触发点。
具体实施方式
示于图1中的灯泵浦激光器1包括高反射的后镜(HR镜)2和部分反射输出镜3之间的激光介质4(例如Nd:YAG、Nd:YVO4等。)。激光介质4这里示例性地设计为激光棒并被使用闪光灯5从护套
(jacket)侧光泵浦。光电二极管7置于由两个镜2、3界定的激光谐振器6外面，或更精确地讲在HR镜2后，用于探测闪光灯5的光泵浦功率。在激光谐振器6外提供激光传感器8以测量从激光谐振器6解耦合的激光束9的功率。光电二极管7和激光传感器8的输出信号被提供给基于这些输出信号驱动闪光灯5的控制单元10，其描述如下：
闪光灯5的光泵浦功率被经由光电二极管7探测并被传输到驱动闪光灯5的控制单元10，由此可能考虑进一步的比较量(例如实际/标称值调整)。控制单元10基于探测的光泵浦功率并对应于光泵浦功率的预定上升特性以受控的方式将闪光灯5的电功率提高到激光阈值。当达到激光阈值时激光传感器8开始探测。随后经由激光传感器8控制激光器1，即达到激光阈值后光预脉冲控制改变为激光功率控制。
如虚线所示，光电二极管7可以具有上游的光谱过滤器11，以便仅测量泵浦光部分而没有激光功率部分。还可以提供评估单元12，其评估光电二极管7和激光传感器8的信号。通过这种平行的激光和泵浦光测量的方式能够探测激光器配置效率和可能的老化效果、失调等。
图2示出这些预脉冲泵浦光控制的多个示波器记录，彼此叠置示出，它们被显示为偏移(触发)到共同的激光脉冲起始点。图2示出了激光功率Plaser，斜线形的泵浦光功率默认值Ppump，闪光灯电流IB和用于电流控制的灯电流源的相关电流默认值ISET。光预脉冲泵浦光控制将触发抖动Δ减小到约50μs，以便瞬变振荡行为起较小作用并且能使用具有更长使用寿命的闪光灯。
Claims (11)
1.一种用于电驱动灯泵浦激光器(1)的泵浦光源(5)的方法，其特征在于，以光学方式探测所述泵浦光源(5)的光泵浦功率，并基于所探测的光泵浦功率且对应于所述光泵浦功率的预定上升特性以受控的方式提高所述泵浦光源(5)的电功率，在达到触发激光脉冲所需要的所述光泵浦功率的激光阈值后，基于激光束(9)的功率控制所述泵浦光源(5)的所述电功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泵浦光源(5)是闪光灯。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在激光谐振器(6)外部探测所述泵浦光源(5)的所述光泵浦功率。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述光泵浦功率的所述预定上升特性是上升到所述激光阈值的斜线。
5.如权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其特征在于，在达到所述激光阈值后，继续探测所述泵浦光源(5)的所述光泵浦功率。
6.一种具有用于光泵浦激光棒(4)的泵浦光源(5)的灯泵浦激光器(1)，其特征在于：
—传感器(7)，光探测所述泵浦光源(5)的光泵浦功率，
—激光传感器(8)，探测激光束(9)的功率，以及
—控制单元(10)，基于所探测的光泵浦功率并对应于所述光泵浦功率的预定上升特性提高所述泵浦光源(5)的电功率到触发激光脉冲所需要的所述光泵浦功率的激光阈值，且在所述泵浦光源(5) 的电功率达到所述激光阈值后，基于所述激光传感器(8)探测的激光束(9)的功率，控制所述泵浦光源(5)的所述电功率。
7.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述泵浦光源(5)是闪光灯。
8.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，在谐振器(6)外部提供所述传感器(7)。
9.如权利要求8所述的激光器，其特征在于，在HR镜(2)后面提供所述传感器(7)。
10.如权利要求6或8所述的激光器，其特征在于，在所述传感器(7)的上游提供光谱过滤器(11)，其仅容许泵浦光通过。
11.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，评估所述传感器(7)和所述激光传感器(8)的信号的评估单元(12)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110420 |