CN101507063A - 用于运行具有二极管激光器的泵浦光源的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行具有二极管激光器(31)的泵浦光源(30)的方法，该泵浦光源提供泵浦光(28a)，尤其用于激光装置(26)的光学泵浦。按照本发明，在第一运行方式中这样控制该泵浦光源(30)：使二极管激光器(31)呈现可预给定的目标温度，该目标温度处于激光装置(26)的激光激活固体(44)的最大吸收系数范围内。在紧随第一运行方式的第二运行方式中这样控制泵浦光源(30)：使它产生泵浦光(28a)以便在激光装置(26)的激光激活固体(44)中建立粒子数反转。在紧随第二运行方式的第三运行方式中这样控制泵浦光源(30)：使它产生泵浦光(28a)以便在激光装置(26)中激活激光器运行，第三运行方式中的控制持续时间小于第二运行方式中的控制持续时间，和/或第三运行方式中的控制电流(i)大于第二运行方式中的控制电流(i)。

Description

用于运行具有二极管激光器的泵浦光源的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行具有二极管激光器的泵浦光源的方法，该泵浦光源提供泵浦光，尤其是用于激光装置的光学泵浦。
背景技术
这种方法已知并且通常包括二极管激光器或泵浦光源的有源冷却和/或加热，以使与二极管激光器温度相关的泵浦光波长为了运行而稳定。二极管激光器的温度调节例如可以通过帕尔贴元件或者在使用水冷的情况下进行。但这种用于二极管激光器温度调节的费用在许多使用领域内，尤其当泵浦光源在车辆领域中使用时，是不经济的。
发明内容
因此，本发明的任务是，如下改进开始所述类型的运行方法：使得即使不使用泵浦光源或包含在其中的二极管激光器的有源温度调节也保证由泵浦光源产生的泵浦光的波长的稳定性提高。
按照本发明，对于开始所述类型的方法，该任务的解决方案是，在第一运行方式中这样控制泵浦光源：使得二极管激光器呈现可预给定的目标温度。
按照本发明的在第一运行方式中对泵浦光源的控制有利地使得：在充分利用在控制泵浦光源时供给泵浦光源的电能的情况下对二极管激光器进行温度调节，使得二极管激光器即使不使用有源加热或冷却措施的情况下也可以呈现所期望的目标温度。因此，通过按照本发明的运行方法，以特别简单的方式保证：与二极管激光器温度相关的泵浦光波长具有并可保持为了泵浦光源继续运行所期望的或可预给定的值。
传统系统中的费事的有源温度调节需要相应的附加部件如冷却回路或帕尔贴元件，与此不同，按照本发明的运行方法有利地仅规定了泵浦光源在第一运行方式中的特殊控制，以将二极管激光器并由此也将相应的波长置于可预给定的目标温度。
根据本发明运行方法的一个扩展方案，特别有利地最好根据目标温度预给定控制电流和/或二极管激光器被加载以该控制电流的控制持续时间。在已知二极管激光器初始温度的情况下和必要时了解其热容的情况下，这种预控制在许多情况下足以以足够的精度达到目标温度。
为了实现二极管激光器的特别有效的温度调节，这样选择控制电流：使得它处于二极管激光器的阈电流的范围内。最好控制电流略小于或等于阈电流的两倍。申请人的研究已经表明，在以这种控制电流加载时能够特别有效地加热二极管激光器
根据本发明的另一实施方式，通过调节可以特别精确地达到二极管激光器的目标温度。
有利地可以通过使用与二极管激光器处于热接触的热偶实现简单地获知二极管激光器的温度。此外可以想到，由二极管激光器的一个电阻推导出二极管激光器的温度，该电阻例如可以在控制二极管激光器期间获知。有利地通过相应的特性曲线得到二极管激光器的温度与由二极管激光器发射的泵浦光的波长之间的关系。
为了有效地产生所期望波长的泵浦光，按照本发明规定，在第二运行方式中控制二极管激光器，尤其在达到目标温度后才被调节到该第二运行方式，以便尤其以一控制电流产生泵浦光，该控制电流最好比二极管激光器阈电流大数倍。由此二极管激光器以比第一运行方式高的效率运行。
由于特别简单地通过调节控制温度达到泵浦光的温度控制和伴随而来的波长稳定，按照本发明运行的泵浦光源可以特别有利地被用于光学泵浦尤其是车辆内燃机的点火装置的激光装置，其中该激光装置具有激光激活的、具有被动Q电路的固体。通过按照本发明可达到的泵浦光波长恒定，对于这种类型的激光装置能够有利地使所产生的激光脉冲的时间振荡最小化，由此能够精确地遵守点火时刻。
为了使泵浦光源相应于其使用领域配置，按照本发明有利地预给定一个目标温度，在该目标温度，由泵浦光源产生的泵浦光具有所期望的波长或具有处于激光装置的激光激活固体的最大吸收系数范围内的波长，由此能够特别有效地泵浦激光激活的固体。
由此能够有效地泵浦所述激光装置：在紧随在第一运行方式的第二运行方式中这样控制泵浦光源：使得它产生泵浦光，以便在激光装置的激光激活的固体中建立粒子数反转。根据另一发明变型，在第二运行方式中特别有利地这样选择控制电流和/或控制持续时间：使得在激光装置中不出现激光器运行，由此保证，为了将来产生激光脉冲，建立最大粒子数反转。
为了在通过激光装置产生激光脉冲时的时间振荡保持尽可能小，按照本发明有利地规定，在紧随第二运行方式的第三运行方式中这样控制泵浦光源：使得它这样产生泵浦光：用于在激光装置中激活激光器运行。按照本发明将第二与第三运行方式分开使得能够有利地仅在第三运行方式的控制持续时间期间可靠地产生激光脉冲，其中，相应的控制持续时间可以有利地选择得相对较短，由此有效地减小在产生激光脉冲时的时间振荡。按照本发明，由此保证在第三运行方式中可靠激活激光器运行：第三运行方式中的控制电流大于在第二运行方式的控制电流。
以计算机程序的形式实现本发明运行方法特别有意义，该计算机程序可以存储在电子储存介质上并且例如可以配置给一执行该运行方法的控制器或者这种控制器的计算单元。
从下面对本发明实施例的描述中得知本发明的其它特征、使用可能性和优点，在附图中示出这些实施例。在此，所有描述的或示出的特征单独地或任意组合地形成本发明的主题，与其在权利要求中的概括或引用关系无关以及与其在说明书及附图中的阐述或描述无关。
附图说明
附图中示出：
图1具有按照本发明运行的泵浦光源的内燃机的示意图，
图2图1的内燃机的点火装置的实施方式，
图3a按照本发明的泵浦光源的控制电流的时间变化，
图3b图2的激光装置的激光激活的固体的吸收系数关于波长绘出的变化曲线。
具体实施方式
在图1中内燃机总体具有标记10。它用于驱动未示出的车辆。内燃机10包括多个汽缸，在图1中仅以标记12标记其中的一个。汽缸12的燃烧室14由活塞16限界。燃料直接通过喷射器18进入到燃烧室14中，该喷射器连接在也被称为轨或共轨的燃料压力储存器20上。
喷射到燃烧室14中的燃料22借助激光脉冲24点火，该激光脉冲由包括激光装置26的点火装置27发射到燃烧室14中。为此激光装置26通过光导体装置28被馈给以泵浦光，该泵浦光由泵浦光源30提供。泵浦光源30为了产生泵浦光具有一二极管激光器31，它如图1所示例如直接配置给光导体装置28。通过也控制喷射器18的控制器23控制泵浦光源30或二极管激光器31。
图2示意性示出图1的激光装置26的细节图。
如图2所示，激光装置26具有一激光激活的固体44，在它后面光学连接一也别称为Q开关的被动Q电路46。在此，激光激活的固体44与被动Q电路46以及图2中布置在左边的输入耦合镜42、输出耦合镜48一起构成一个激光振荡器，其振荡特性以公知方式与被动Q电路46相关。
在图2中所示的配置中，激光装置26或激光激活的固体44穿过输入耦合镜42被加载以泵浦光28a，激光激活的固体44中的电子被激励，相应地导致粒子数反转。如上面借助图1已描述的那样，泵浦光28a通过光导体装置28输送给激光装置26，该光导体装置使二极管激光器31与激光装置26光学连接。
在被动Q电路46具有其静止状态期间，在该状态Q电路具有相对小的传输系数，避免了激光激活的固体44中或由输入耦合镜42和输出耦合镜48限界的固体44，46中的激光器运行。但随着泵浦持续时间增加，即在以泵浦光28a加载期间，激光振荡器42、44、46、48中的射线强度也增加，使得被动Q电路最终消退。即，它的传输系数提高，激光振荡器42，44，46，48中的激光器运行开始。这种状态通过双箭头24′表示。
以前面描述的方式产生也被称为巨脉冲的激光脉冲24，它具有相对高的峰值功率。激光脉冲24必要时在使用另一光导体装置(未示出)的情况下或者直接通过同样未示出的激光装置26燃烧室窗输入耦合到内燃机10的燃烧室14(图1)中，由此点燃其中存在的燃料22或空燃混合气。
为了能够可靠地产生激光脉冲24从而可靠地点燃在内燃机10燃烧室14中的空/燃混合气，本发明运行方法规定，在第一运行方式这样控制泵浦光源30(图1)：使得二极管激光器31呈现可预给定的目标温度。
由此有利地保证，与二极管激光器31温度相关的泵浦光28a的波长同样具有可预给定的值并且能够以该泵浦光28a确定地泵浦激光装置26。
引出，本发明运行方法特别有利地不需要有源的、用于对二极管激光器31调节温度的冷却和/或加热措施，而是直接充分利用对泵浦光源30或二极管激光器31的控制，以调节二极管激光器31的温度。
图3a示出按照本发明的一个特别优选的实施例的二极管激光器31控制电流i时间变化曲线。
制按照图3a的视图，对二极管激光器31的按照本发明的控制具有总共三个不同的阶段或运行方式。
按照本发明，在第一运行方式中这样控制泵浦光源30或二极管激光器31：使得二极管激光器31呈现可预给定的目标温度并且由此输出已知并且与该目标温度对应的波长的泵浦光28a。
为此，如图3a所示，二极管激光器31从时刻t0起被加载以控制电流i1。对二极管激光器31的该控制一直持续到时刻t1，在该时刻二极管激光器31已呈现与所期望的泵浦光28a波长对应的、可预给定的目标温度。由此定义本发明方法的第一运行方式的控制持续时间Δt1。
按照本发明在第一运行方式的控制持续时间Δt1期间对二极管激光器31加载以控制电流i1导致由二极管激光器31发射的泵浦光28a具有所期望的波长λsoll，参见图3b，该波长反映激光激活固体44在波长λ上的吸收系数。
这样选择所期望的波长λsoll：使得它直接处于波长λmax范围内，优选尤其处于波长λmax以下，在该波长，激光装置26的激光激活固体44(图2)对于泵浦光28a具有其最大吸收系数，参见图3b。
因此特别有利地这样预给定所期望的波长λsoll：使得它处于波长λmax以下，因为通过本发明运行方法—除了由于控制没有进行外—不能实现有源的冷却，并且，期望二极管激光器31在时间范围t>t1中在其它第二运行方式期间(图3a)仅通过以控制电流i2，i3控制而继续变热。
由此保证，在结束第一运行方式后，即从t＝t1起，泵浦光28a的波长相应于通过以控制电流i2，i3的控制引起的二极管激光器31温度升高而增大并因此进入激光激活固体44的最大吸收波长λmax的直接范围内。由此按照本发明有利地保证，在第二运行方式和从属的控制持续时间Δt2期间(图3a)能够通过由二极管激光器31产生的泵浦光28a尽可能有效地泵浦激光装置26。
按照本发明有利地这样选择第二运行方式的控制持续时间Δt2和控制电流i2：使得在激光装置26的激光激活固体44中建立粒子数反转，并且，在第二运行方式期间还不出现激光器运行。控制电流i2和控制持续时间Δt2的相应值可由对预给定的激光装置26的试验测量获取并且例如通过在控制器32中以特性曲线族形式存储的关系得知。
按照本发明的第三运行方式才被设置用于激活激光装置26的激光激活固体44中的激光器运行并从而触发激光脉冲24的产生，在该第三运行方式中，二极管激光器31在控制持续时间Δt3上被以控制电流i3控制。
通过按照本发明将在第二运行方式期间建立粒子数反转与在第三运行方式期间触发激光脉冲24分开，有利地给出这种可能性：使在产生激光脉冲24时的时间振荡最小化。在第二运行方式中控制二极管激光器31有意识地避免激活激光器运行，由此保证，在时刻t2在激光激活固体44中存在足够的粒子数反转，使得对激光装置26短时加载以具有与大控制电流i3对应的相对大强度的泵浦光28a而将激光器运行激活。
这就是说，在产生激光脉冲24时的时间振荡有利地局限于第三运行方式期间的控制持续时间Δt3内。
根据申请人的研究，在第三运行方式中可实现二极管激光器31的特别有效的温度调节或加热，其方式是，这样选择控制电流i1：使得该控制电流具有处于二极管激光器31阈电流范围内的值。即，在第一运行方式期间二极管激光器31按照本发明有利地这样运行：它在产生泵浦光28a方面不具有最大效率，而是通过输送给它的控制能量而快速变热。也可以选择控制电流i1小于阈电流，但最好不高于二极管激光器31阈电流的两倍。
二极管激光器31的温度能够以公知方式通过所组合的或者与二极管激光器31处于热接触的热偶获取。对此替换地或补充地也可以从一电阻推导出二极管激光器31的温度，该电阻可从控制电流i和用于控制二极管激光器31的电压求得。
二极管激光器31的温度与由二极管激光器31输出的泵浦光28a的波长λ之间的关系有利地包含在一特性曲线中，该特性曲线例如可存储在控制器32中。
如果充分地知道二极管激光器31的或与其处于热接触的部件的热容，则规定在第一运行方式期间的相应控制就足以按照本发明调节二极管激光器31的温度。对此替换地也可以选择，将二极管激光器31调节到目标温度。
为了避免在调节二极管激光器31温度时的不必要的热损失，第一运行方式期间的控制电流i1在上述界限内最好选择得尽可能大，使得产生快速变热。同样有利的是，第二和可能的第三运行方式在时间上紧随第一运行方式，以避免不期望的二极管激光器31变冷从而重新改变、尤其是减小泵浦光28a的波长λ。
按照本发明也可以进行二极管激光器31的有目的冷却，其方式是，二极管激光器31在相应的等待时间例如完全不再被控制。在该等待时间内有利地周期性检查二极管激光器31的温度，以便能够确定以尽可能短的等待时间使二极管激光器31重新投入运行的可能性。
上面尽管借助用于内燃机10的点火装置描述了本发明运行方法，但本发明运行方法也可用在固定式发动机的点火装置中。
按照本发明的仅通过相应控制泵浦光源30或包括在其中的二极管激光器31来调节泵浦光源30温度的原理当然可以用在包含二极管激光器31的任何泵浦光源30或激光光源上，即，尤其也可用在不用作泵浦光源的激光光源上。通过按照本发明借助相应的控制“内在地”调节二极管激光器31的温度有利地得到可极简单地实现的用于温度调节从而用于调整二极管激光器31波长的可能性。

Claims (15)

1.用于运行具有二极管激光器(31)的泵浦光源(30)的方法，该泵浦光源提供泵浦光(28a)，尤其用于激光装置(26)的光学泵浦，其特征在于，在第一运行方式中这样控制该泵浦光源(30)，使得二极管激光器(31)呈现可预给定的目标温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，最好根据所述目标温度预给定控制电流(i)和/或控制持续时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，这样选择控制电流(i)：使得它处于二极管激光器(31)的阈电流的范围内，其中，控制电流(i)最好小于或等于阈电流的两倍。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第一运行方式中将二极管激光器(31)调节到目标温度。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，二极管激光器(31)的温度通过使用与二极管激光器(31)处于热接触的热偶获取和/或从二极管激光器(31)的电阻推导出。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第二运行方式中控制二极管激光器(31)以产生泵浦光(28a)，尤其以比二极管激光器(31)的阈电流大数倍的控制电流(i)控制，尤其在达到目标温度后才调节到该第二运行方式。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用该泵浦光源(30)来光学泵浦一个内燃机(10)、尤其是车辆内燃机的点火装置的激光装置(26)，其中，该激光装置(26)具有带被动Q电路(46)的激光激活的固体(44)。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，预给定一目标温度，在该目标温度，由泵浦光源(30)产生的泵浦光(28a)具有所期望的波长(λsoll)或处于激光装置(26)的激光激活固体(44)的最大吸收系数范围内的波长(λmax)。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在紧随第一运行方式的第二运行方式中这样控制泵浦光源(30)：使得它产生泵浦光(28a)，以便在激光装置(26)的激光激活固体(44)中建立粒子数反转。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，这样选择第二运行方式中的控制电流(i)和/或控制持续时间：使得在激光装置(26)中不出现激光器运行。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在紧随第二运行方式的第三运行方式中这样控制泵浦光源(30)：使得它这样产生泵浦光(28a)：在激光装置(26)中激活激光器运行。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第三运行方式中的控制持续时间小于第二运行方式中的控制持续时间，和/或第三运行方式中的控制电流(i)大于第二运行方式中的控制电流(i)。
13.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由特性曲线获得二极管激光器(31)的温度与泵浦光(28a)的波长(λ)之间的关系。
14.计算机程序，其特征在于，该计算机程序被编程用于实施如上述权利要求中任一项所述的方法。
15.控制器(32)，其特征在于，该控制器(32)构造得用于实施如权利要求1至13中任一项所述的方法。
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