CN103730829B - 一种自动控制本振脉冲输出时间的方法及激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动控制本振脉冲输出时间的方法及激光器，其中，所述方法包括：在本振激光器正常出光时，测量本振脉冲与系统基准脉冲之间的延迟时间，得到标准延迟时间；在本振激光器于一般工作状态时，实时监测本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间；当本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间低于标准延迟时间时，减小本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间延后；当本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间高于标准延迟时间时，增大本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间提前。

Description

一种自动控制本振脉冲输出时间的方法及激光器

技术领域

本发明属于固体激光领域，尤指一种自动控制本振脉冲输出时间的方法及激光器。

背景技术

本振和功率放大（MOPA）结构是获得高能激光输出的一个常用方法，本振决定最终输出光束的光束质量和频谱特性，放大级则决定输出光束的功率或能量。对于MOPA结构的激光器而言，高稳定性高质量本振的设计是成功的关键。能量或平均功率越高，对本振的要求就越高，空间分布要均匀（单横模），频谱特性则要求是单纵模。纵模选择大致有三方面的技术：一、腔内倾斜标准具或谐振反射器；二、改变特定的谐振腔参数增强腔内模式选择能力，如缩短腔长，去除空间烧孔效应和增长Q开关脉冲建立时间等；三、注入种子。其中具有增强腔内纵模选择能力的饱和吸收体结合谐振反射器是获得Q开关（激光脉宽为ns级）单纵模脉冲激光输出的一种简便的方法。

但是，饱和吸收体调Q正常的工作电流范围比较窄，工作电流达不到阈值电流（饱和吸收体刚刚能出光时的电流）不出光，工作电流超过阈值电流太多则会出现多脉冲，并且环境因素对阈值电流影响较大，工作电流需要不时根据阈值电流的变化而调整，造成系统稳定性变差；另外饱和吸收体调Q时激光脉冲之间的能量、激光输出与系统基准时钟之间的延迟时间也有比较大的跳动（特别在环境温度有比较大的变化时），作为本振激光器使用时无法与放大级达到最佳的匹配时间，不利于放大能量的提取，也会造成激光系统输出的稳定性差。

发明内容

在MOPA系统中，通常本振脉冲和放大级放电脉冲要匹配才能得到最佳的输出结果；系统基准脉冲可以精确控制放大级放电脉冲时间，而本振脉冲的出光时间则包括脉冲建立时间，是由谐振腔参数、饱和吸收体参数、本振泵浦电流和环境因素等共同决定的，系统无法精确控制。

本发明通过设计一种利用光反馈信号自动控制饱和吸收体调Q单纵模激光器，采用反馈发控制本震脉冲的出光时间，并与放大机放电脉冲时间匹配，可以稳定每个脉冲输出能量及脉冲输出时间，以满足MOPA放大系统本振激光器的要求。

为达到上述目的，本发明提出了一种自动控制本振脉冲输出时间的方法，所述方法包括：在本振激光器正常出光时，测量本振脉冲与系统基准脉冲之间的延迟时间，得到标准延迟时间；在所述本振激光器于一般工作状态时，实时监测所述本振脉冲与所述系统基准脉冲之间的实时延迟时间；当所述本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间低于所述标准延迟时间时，减小本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间延后；当所述本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间高于所述标准延迟时间时，增大本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间提前。

为达到上述目的，本发明提出了一种自动控制本振脉冲输出时间的激光器，包括：本振激光器及本振脉冲控制装置；其中，所述本振脉冲控制装置连接所述本振激光器，包括：充电电路、控制电路及光电二极管；所述充电电路及控制电路连接所述本振激光器，所述光电二极管连接控制电路；其中，所述充电电路用于为所述本振激光器进行恒流充电；所述光电二极管，用于监测所述本振激光器的漏光，在所述本振激光器正常出光时，测量本振脉冲与系统基准脉冲之间的延迟时间，得到标准延迟时间，并发送至所述控制电路；所述光电二极管，还用于在所述本振激光器于一般工作状态时，实时监测所述本振脉冲与所述系统基准脉冲之间的实时延迟时间，并发送至所述控制电路；所述控制电路，用于存储所述标准延迟时间，还用于根据所述实时延迟时间与标准延迟时间的关系，控制所述本振激光器的本振泵浦电流，调节所述本振脉冲出光时间。当所述本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间低于所述标准延迟时间时，减小本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间延后；当所述本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间高于所述标准延迟时间时，增大本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间提前。

本发明的自动控制本振脉冲输出时间的方法及激光器，利用光电二极管实时监测本振脉冲与系统基准脉冲的延迟时间，通过调节本振泵浦电流并以此来实现调节本振脉冲出光时间，使得本振脉冲的出光时间稳定在标准延迟时间，达到了本振脉冲之间的能量稳定，并可自动补偿外界环境变化或本振泵浦源性能变化造成的工作电流变化，保证了系统正常工作及工作稳定性；并且保证了工作过程中本振脉冲与放大级放电脉冲之间的稳定，提高了系统的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的自动控制本振脉冲输出时间的方法流程图。

图2为本发明一实施例的本振脉冲输出示意图。

图3为本发明一实施例的自动控制本振脉冲输出时间的激光器结构示意图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

图1为本发明一实施例的自动控制本振脉冲输出时间的方法流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤S101，在本振激光器正常出光时，测量本振脉冲与系统基准脉冲之间的延迟时间，得到标准延迟时间；

步骤S102，在本振激光器于一般工作状态时，实时监测本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间；

步骤S103a，当本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间低于标准延迟时间时，减小本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间延后；

步骤S103b，当本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间高于标准延迟时间时，增大本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间提前。

在本实施例中，所述方法还包括：

步骤S1011，在本振激光器正常出光时，系统基准脉冲根据标准延迟时间，精确控制放大级放电脉冲与本振脉冲匹配。

图2为本发明一实施例的本振脉冲输出示意图。如图2所示，在MOPA系统中，通常本振脉冲10和放大级放电脉冲30要匹配才能得到最佳的输出结果；系统基准脉冲20可以精确控制放大级放电脉冲30时间，而本振脉冲10的出光时间则包括脉冲建立时间，是由谐振腔参数、饱和吸收体参数、本振泵浦电流和环境因素等共同决定的，系统无法精确控制。在本发明实施例中，采用反馈发控制本震脉冲的出光时间，并与放大机放电脉冲时间匹配。

首先，如步骤S101所述，测量本振激光器正常出光下的本振脉冲10与系统基准脉冲20之间的延迟时间，作为标准延迟时间t0。

接下来，如步骤S1011所述，在本振激光器正常出光时，系统基准脉冲20精确控制放大级放电脉冲10，使放大级放电脉冲30与本振脉冲10匹配。

如步骤S102所述，在本振激光器一般的工作状态时，利用光电二极管实时监测一般本振脉冲10’与系统基准脉冲20的实时延迟时间t1，并与标准延迟时间t0作比较；

执行步骤S103a，如图中所示，当一般本振脉冲10’与系统基准脉冲20之间的实时延迟时间t1低于标准延迟时间时，则通过减小本振泵浦电流调节本振脉冲出光时间延后，使得本振脉冲的出光时间稳定在标准延迟时间t0，使得本振脉冲之间的能量稳定，可自动补偿外界环境变化或本振泵浦源性能变化造成的工作电流变化，保证了系统正常工作及工作稳定性；并且保证了工作过程中本振脉冲与放大级放电脉冲之间的稳定，提高了系统的可靠性。

图3为本发明一实施例的自动控制本振脉冲输出时间的激光器结构示意图。如图3所示，所述激光器包括：本振激光器1及本振脉冲控制装置2；其中，

本振脉冲控制装置2连接本振激光器1，包括：充电电路3、控制电路4及光电二极管5；充电电路3及控制电路4连接本振激光器1，光电二极管5连接控制电路4；其中，

充电电路3用于为本振激光器1进行恒流充电；

光电二极管5，用于监测本振激光器1的漏光，在本振激光器1正常出光时，测量本振脉冲与系统基准脉冲之间的延迟时间，得到标准延迟时间，发送至控制电路4；

光电二极管5，还用于在本振激光器1于一般工作状态时，实时监测本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间，并发送至控制电路4；

控制电路4，用于存储标准延迟时间，还用于根据实时延迟时间与标准延迟时间的关系，控制本振激光器1的本振泵浦电流，调节本振脉冲出光时间。

当本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间低于标准延迟时间时，减小本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间延后；

当本振脉冲与系统基准脉冲之间的实时延迟时间高于标准延迟时间时，增大本振泵浦电流，使本振脉冲出光时间提前。

在本实施例中，在本振激光器正常出光时，系统基准脉冲根据标准延迟时间，精确控制放大级放电脉冲与本振脉冲匹配。

在本实施例中，本振激光器1是一YAG激光器，其中包括了输出镜11、激光晶体12、LD阵列13、饱和体Q开关14、全反镜15；在全反镜15处设置有光电二极管5；

充电电路3包括DC/DC变换器31，恒流充电电路32、储能电容33；其中，

DC/DC变换器31可将输出过来的低压直流电变换成可变的直流电。

恒流充电电路32用于对本振激光器1进行恒流充电。

控制电路4包括保护电路41、反馈控制电路42、功率输出电路43、金属氧化物半场效晶体管44、电阻45；其中，

保护电路41用于防止控制电路中不稳定因素影响电路效果。

反馈控制电路42用于接收光电二极管5反馈的出光时间信息，并根据出光时间与标准延迟时间的差别控制功率输出电路43；

功率输出电路43用于调节泵浦电流，以改变本振激光器1的出光时间。采用上述方式可以将延迟时间控制在1μs（均方根值）以内，另外还可以在温度变化或光电二极管5性能变化导致阈值提高时自动控制泵浦电流。

本发明的自动控制本振脉冲输出时间的方法及激光器，利用光电二极管实时监测本振脉冲与系统基准脉冲的延迟时间，通过调节本振泵浦电流并以此来实现调节本振脉冲出光时间，使得本振脉冲的出光时间稳定在标准延迟时间，达到了本振脉冲之间的能量稳定，并可自动补偿外界环境变化或本振泵浦源性能变化造成的工作电流变化，保证了系统正常工作及工作稳定性；并且保证了工作过程中本振脉冲与放大级放电脉冲之间的稳定，提高了系统的可靠性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自动控制本振脉冲输出时间的方法，其特征在于，所述方法包括：

在本振激光器正常出光时，测量本振脉冲(10)与系统基准脉冲之间的延迟时间，得到标准延迟时间；

在本振激光器正常出光时，所述系统基准脉冲精确控制放大级放电脉冲，使所述放大级放电脉冲与本振脉冲(10)匹配；

在所述本振激光器于一般工作状态时，实时监测一般本振脉冲(10’)与所述系统基准脉冲之间的实时延迟时间；

当所述一般本振脉冲(10’)与系统基准脉冲之间的实时延迟时间低于所述标准延迟时间时，减小本振泵浦电流，使一般本振脉冲(10’)出光时间延后；

当所述一般本振脉冲(10’)与系统基准脉冲之间的实时延迟时间高于所述标准延迟时间时，增大本振泵浦电流，使一般本振脉冲(10’)出光时间提前。

2.一种自动控制本振脉冲输出时间的激光器，其特征在于，包括：本振激光器及本振脉冲控制装置；其中，

所述本振脉冲控制装置连接所述本振激光器，包括：充电电路、控制电路及光电二极管；所述充电电路及控制电路连接所述本振激光器，所述光电二极管连接控制电路；其中，

所述充电电路用于为所述本振激光器进行恒流充电；

所述光电二极管，用于监测所述本振激光器的漏光，在所述本振激光器正常出光时，测量本振脉冲(10)与系统基准脉冲之间的延迟时间，得到标准延迟时间，并发送至所述控制电路；

所述光电二极管，还用于在所述本振激光器于一般工作状态时，实时监测一般本振脉冲(10’)与所述系统基准脉冲之间的实时延迟时间，并发送至所述控制电路；

所述控制电路，用于存储所述标准延迟时间，还用于根据所述实时延迟时间与标准延迟时间的关系，控制所述本振激光器的本振泵浦电流，调节一般本振脉冲(10’)出光时间；

当一般本振脉冲(10’)与系统基准脉冲之间的实时延迟时间低于所述标准延迟时间时，减小本振泵浦电流，使一般本振脉冲(10’)出光时间延后；

当一般本振脉冲(10’)与系统基准脉冲之间的实时延迟时间高于所述标准延迟时间时，增大本振泵浦电流，使一般本振脉冲(10’)出光时间提前。

3.根据权利要求2所述的自动控制本振脉冲输出时间的激光器，其特征在于，在本振激光器正常出光时，所述系统基准脉冲精确控制放大级放电脉冲，使所述放大级放电脉冲与本振脉冲(10)匹配。