CN101609957B - 提高脉冲调q激光器输出光束稳定性的装置 - Google Patents
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Abstract
一种提高脉冲调Q激光器输出光束稳定性的装置和方法，是将快门串联在脉冲调Q激光器和工作系统之间的光路中，通过计算机控制所述脉冲调Q激光器和快门的工作，以根据所述的工作系统需要输出稳定的调Q激光脉冲的目的。本发明简单易行，在随时满足系统对激光需求的基础上，大幅度地提高了脉冲调Q激光器的输出光束稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲调Q激光器，尤其是一种提高脉冲调Q激光器输出光束稳定性的装置。
背景技术
固体激光器工作过程中，激光棒的热沉积是在所难免的。温度的不均匀分布势必会导致激光棒内折射率的不均匀，出现热透镜效应。泵浦源以不同频率工作，激光棒会产生不同程度的热透镜效应，引起热透镜焦距的动态变化，从而影响谐振腔的稳定性和激光输出的稳定性。另一方面，基频光束通过倍频晶体实现变频的同时，也必然会引起此倍频晶体通光方向上的局域温升，温升使得这一区域内的晶体折射率发生改变，产生倍频晶体的热透镜效应。不同频率的基频光通过倍频晶体时，也会引起热透镜焦距的变化。所以当激光器输出倍频光时，由于激光棒和倍频晶体的热透镜效应，这种不稳定性就会表现的尤为明显，甚至会改变激光的输出模式。尽管激光器设计者提出了一系列的方法，如选择合适的腔结构参数，注入种子脉冲，冷却工作介质和倍频晶体等等，使激光器在一定的热透镜动态范围能够稳定输出，但是设计者不可能考虑到每一个使用者的使用需求，脉冲调Q激光器输出光束的不稳定依然困扰着激光器使用者。
调Q技术的关键之一是精确控制Q开关的延时时间，从泵浦开始点燃时刻延时一段时间，当工作物质的上能级反转的粒子数达到最大时，立即打开开关的效果最好。所以在激光器的使用说明中通常都会说明当输入多大频率的泵浦信号和调Q信号以及调Q信号相对于泵浦信号延时多长时间，激光器才会达到最佳的稳定工作状态。大部分激光器操作者虽然是在泵浦开始工作后的最佳时刻打开Q开关，但由于实际使用的需要，激光器的出光频率通常不固定，使用者大部分都是在需要激光脉冲的时刻，才控制激光器的泵浦源和Q开关工作一次或者几次。这使得使用者最关心的激光模式、能量大小和光斑大小常常得不到保障，严重影响整个工作系统的性能。所以如何合理的结合激光器自身的性能参数，使激光器既能按照最佳的状态工作，又能满足使用者的系统要求，一直是激光器使用者比较关心的话题。
发明内容
为了克服脉冲调Q激光器使用过程中的上述问题，本发明提出了一种提高脉冲调Q激光器输出光束稳定性的装置和方法。该装置与方法简单易行，可大幅度地提高脉冲调Q激光器输出光束的稳定性。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种提高脉冲调Q激光器输出光束稳定性的装置，其特点在于该装置由快门、快门驱动器、计算机、多功能数据采集卡和接线盒组成，所述的快门设置在由所述的脉冲调Q激光器到工作系统的光路上，所述的多功能数据采集卡插在计算机的PCI插槽上，该多功能数据采集卡的接线盒有三个输出端口：第一脉冲输出端口、第二脉冲输出端口和数字输入/输出端口，所述的第一脉冲输出端口与所述脉冲调Q激光器的泵浦触发信号输入端相连，所述的第二脉冲输出端口与脉冲调Q激光器的调Q触发信号输入端相连，所述的数字输入/输出端口与所述快门驱动器相连，该快门驱动器与所述的快门相连，所述的快门的输出端与所述的计算机相连。
一种利用上述装置提高脉冲调Q激光器输出光束稳定性的方法，是将一快门串联在脉冲调Q激光器和工作系统之间的光路中，在所述的计算机的控制下，所述的多功能数据采集卡产生三路信号：泵浦触发信号、调Q触发信号和快门控制信号，从第一脉冲输出端口输出周期为T0的泵浦触发信号；从第二脉冲输出端口输出周期为T0的调Q触发信号，该调Q触发信号由泵浦触发信号的上升沿触发，且相对于所述的泵浦触发信号延时T1；当工作系统需要激光时，在距离所述的调Q触发信号的上升沿延时T2的时刻，从所述的数字输入/输出端输出高电平，驱动器接收到高电平后开启所述的快门，当工作系统不需要激光时，在距离所述的调Q触发信号的第N+1个上升沿延时T2的时刻，从所述的数字输入/输出端输出低电平，所述的驱动器接收到低电平后关闭所述的快门，其中T2＜T0-T，T是所述的快门从接受命令到完全打开或关闭所需要的时间，N是根据工作系统的需要设置的正整数值，表示工作系统需要的激光脉冲个数，以达到对所述的工作系统随时根据需要输出稳定的调Q激光脉冲。
所述的周期T0和调Q触发信号相对于泵浦触发信号的延时T1由脉冲调Q激光器的设计参数决定，以使脉冲调Q激光器的输出特性最稳定，输出效率最高，达到 最佳工作态。
为了保证激光通过快门的过程，光斑不被快门遮挡，必须使要进入工作系统的激光脉冲出光前快门处于完全打开的状态，所以当工作系统需要激光时，所述的数字输入/输出端在所述的调Q触发信号的当前上升沿延时T2的时刻，输出高电平，保证相邻的下一个激光脉冲出光前，快门完全打开。为了确保通过的脉冲数与设置脉冲数N一致，并需在N个激光脉冲通过后，第N+1个激光脉冲到来前的快门完全关闭，挡住第N+1个激光脉冲，所以当工作系统不需要激光时，在所述的调Q触发信号的第N+1个上升沿延时T2的时刻，所述的数字输入/输出端输出低电平，其中T2＜T0-T，T是所述的快门从接受命令到完全打开(关闭)需要的时间，N可以根据工作系统的需要设置为任意值，表示工作系统需要的激光脉冲个数。
本发明的技术效果是：
1本发明为激光器使用者提供了一种简单而行之有效的提高脉冲调Q激光器输出光束稳定性的装置与方法。
2所述的泵浦源和调Q开关按照脉冲调Q激光器使用手册提供的参数(能量输出最大，光束最稳定时的工作参数)工作，保证了激光器的光束输出特性最为稳定。
3所述机械快门的动作决定整个系统中激光的传输与使用与否，既保证了激光器以设计的最佳参数运行，又保证随时可以满足工作系统对激光的需要。
4不同的激光参数需要选择不同性能的快门。只要选择合适的机械快门，就可以方便地应用于各种包含激光器工作系统中，很容易地将快门嵌入整个工作系统的自动化控制中。
附图说明
图1是本发明自动提高脉冲调Q激光器使用稳定性的装置示意图。
图2是泵浦触发信号，调Q触发信号，延时信号和快门控制信号的时序图。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制发明的保护范围。
请参阅图1。图1是本发明提高脉冲调Q激光器使用稳定性的装置。图中：1—脉冲调Q激光器，11-泵浦触发信号输入端口，12-调Q触发信号输入端口，13-脉冲调Q激光出口，2-快门，3-快门驱动器，4-计算机，5-多功能数据采集卡，51-板卡总线端口，6-接线盒，61-脉冲输出端口，62-脉冲输出端口，63-数字输入/输出端口，64-接线盒总线端口。由图可见，本发明提高脉冲调Q激光 器输出光束稳定性的装置，由快门2、快门驱动器3、计算机4、多功能数据采集卡5和接线盒6组成，所述的快门2设置在由所述的脉冲调Q激光器1到工作系统的光路上，所述的多功能数据采集卡5插在计算机4的PCI插槽上，该多功能数据采集卡5经接线盒6有三个输出端口：第一脉冲输出端口61、第二脉冲输出端口62和数字输入/输出端口63，所述的第一脉冲输出端口61与所述脉冲调Q激光器1的泵浦触发信号输入端11相连，所述的第二脉冲输出端口62与脉冲调Q激光器1的调Q触发信号输入端12相连，所述的数字输入/输出端63与所述快门驱动器3相连，该快门驱动器3与所述的快门2相连，所述的快门2的输出端与所述的计算机4相连。
在所述的计算机4的控制下，所述的多功能数据采集卡5产生三路信号：泵浦触发信号、调Q触发信号和快门控制信号，从接线盒6的第一脉冲输出端口61输出周期为T0的泵浦触发信号；从第二脉冲输出端口62输出周期为T0的调Q触发信号，该调Q触发信号由泵浦触发信号的上升沿触发，且相对于所述的泵浦触发信号延时T1；当工作系统需要激光时，在距离所述的调Q触发信号的上升沿延时T2的时刻，从所述的数字输入/输出端63输出高电平，驱动器接收到高电平后开启所述的快门2，当工作系统不需要激光时，在距离所述的调Q触发信号的第N+1个上升沿延时T2的时刻，从所述的数字输入/输出端63输出低电平，所述的驱动器3接收到低电平后关闭所述的快门2，其中T2＜T0-T，T是所述的快门2从接受命令到完全打开或关闭所需要的时间，N是根据工作系统的需要设置的任意正整数值，表示工作系统需要的激光脉冲个数。
泵浦源和调Q开关的工作频率是由泵浦源触发信号输入端口11和调Q触发信号输入端口12的脉冲信号频率决定的。多功能数据采集卡5控制接线盒6的第一脉冲输出端口61输出周期为T0的泵浦触发信号；从第二脉冲输出端口62输出的调Q触发信号由脉冲输出端口61信号上升沿触发，且相对于泵浦触发信号延时T1ms，T0，T1可由脉冲调Q激光器1的说明手册中查取。按照此参数工作，激光器的输出特性最稳定，输出效率最高，达到所谓的最佳工作态。这些参数是由激光器的设计参数决定的。
当工作系统需要激光时，在距离所述的调Q触发信号的上升沿延时T2的时刻，从所述的数字输入/输出端6)输出高电平，驱动器接收到高电平后开启快门，当工作系统不需要激光时，在距离所述的调Q触发信号的第N+1个上升沿延时T2的时刻， 从所述的数字输入/输出端63输出低电平，驱动器接收到低电平后关闭快门，其中T2＜T0-T，T是所述的快门2从接受命令到完全打开或关闭所需要的时间，N可以根据工作系统的需要设置为任意值，表示工作系统需要的激光脉冲个数。
请参阅图2。图2是泵浦触发信号，调Q触发信号，以及快门控制信号的时序图。泵浦触发信号，调Q触发信号是两路连续脉冲信号。T0-T2＞T，调Q触发信号延时T2的时刻也就是下一个调Q触发信号上升沿来临前(T0-T2)ms，以及在此延时脉冲的第N+1个上升沿来临前(T0-T2)ms时，所述的数字输入/输出端口63输出高电平和低电平，以保证在快门从开始打开到完全关闭的过程中，激光脉冲完整通过快门，且只有N个脉冲通过。其中N可以根据使用者的需要来设定。每次工作系统需要激光，就按照此时序打开所述的快门2即可。
综上所述，本发明对于激光器使用者来说，是一种简单有效的提高激光器热稳定的方法，可以方便地应用于各种使用脉冲调Q激光器的系统中。
Claims (2)
1.一种提高脉冲调Q激光器输出光束稳定性的装置，其特征在于该装置由快门(2)、快门驱动器(3)、计算机(4)、多功能数据采集卡(5)和接线盒(6)组成，所述的快门(2)设置在由所述的脉冲调Q激光器(1)到工作系统的光路上，所述的多功能数据采集卡(5)插在计算机(4)的PCI插槽上，该多功能数据采集卡(5)的接线盒(6)有三个输出端口：第一脉冲输出端口(61)、第二脉冲输出端口(62)和数字输入/输出端口(63)，所述的第一脉冲输出端口(61)与所述脉冲调Q激光器(1)的泵浦触发信号输入端(11)相连，所述的第二脉冲输出端口(62)与脉冲调Q激光器(1)的调Q触发信号输入端(12)相连，所述的数字输入/输出端(63)与所述快门驱动器(3)相连，该快门驱动器(3)与所述的快门(2)相连，所述的快门(2)的输出端与所述的计算机(4)相连，在所述的计算机(4)的控制下，所述的多功能数据采集卡(5)产生三路信号：泵浦触发信号、调Q触发信号和快门控制信号，从所述的第一脉冲输出端口(61)输出周期为T0的泵浦触发信号；从第二脉冲输出端口(62)输出周期为T0的调Q触发信号，该调Q触发信号由泵浦触发信号的上升沿触发，且相对于所述的泵浦触发信号延时T1；当工作系统需要激光时，在距离所述的调Q触发信号的上升沿延时T2的时刻，从所述的数字输入/输出端(63)输出高电平，驱动器接收到高电平后开启所述的快门(2)，当工作系统不需要激光时，在距离所述的调Q触发信号的第N+1个上升沿延时T2的时刻，从所述的数字输入/输出端(63)输出低电平，所述的驱动器(3)接收到低电平后关闭所述的快门(2)，其中T2＜T0-T，T是所述的快门(2)从接受命令到完全打开或关闭所需要的时间，N是根据工作系统的需要设置的任意正整数值，表示工作系统需要的激光脉冲个数。
2.根据权利要求1所述的提高脉冲调Q激光器输出光束稳定性的装置，其特征在于所述的周期T0和调Q触发信号相对于泵浦触发信号的延时T1由脉冲调Q激光器(1)最佳工作态的设计参数决定。
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