CN103762495A - 提高激光热响应速度的方法及多端泵浦固体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提高激光热响应速度的方法及多端泵浦固体激光器。在需要调Q激光进行激光加工时，通过调Q开关模组进行激光调Q，此时激光谐振腔输出调Q激光，外调制光开关处于通光状态；当激光加工坐标位置变换需要闭光时，所述调Q开关模组不工作或者降低调Q功率进行部分锁光，所述外调制光开关对激光谐振腔输出的连续激光功率进行关断或者衰减，使待加工材料避免受到激光损伤；当再次需要调Q激光输出时，外调制光开关处于通光状态，所述调Q开关模块对激光谐振腔的激光进行调Q，由于激光晶体热负荷变化不大，获得极好的激光热响应。本发明的技术方案保证了激光加工效率的同时，缩短了激光热响应的时间，非常适合在激光加工领域广泛使用。

Description

提高激光热响应速度的方法及多端泵浦固体激光器

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种提高激光热响应速度的方法及多端泵浦固体激光器。

背景技术

目前，固体激光器发展速度日新月异，其发展方向是高平均功率、高脉冲重复频率、窄脉宽等方向，这些发展方向，毫无例外的相对需要比较大的泵浦功率。对于激光微加工而言，需要激光频繁开关，要求激光热响应时间要短，否则影响加工效果和效率。而对于高功率固体激光器而言，高的泵浦功率和短的热响应时间之间存在矛盾，表现在激光不出光期间，泵浦功率还在持续不断泵浦激光晶体，造成激光晶体上能级粒子束饱和，形成自发辐射，造成大量热量积累，因而造成激光热响应时间较长，激光热响应速度较慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高激光热响应速度的方法及一种多端泵浦固体激光器，解决了现有技术中激光热响应慢的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种提高激光热响应速度的方法，包括以下步骤：

（1）将激光谐振腔、激光晶体组、调Q开关模组、外调制光开关组均安装在基板上，所述激光晶体组至少一侧设置有泵浦源；所述激光谐振腔包括前腔镜、后腔镜，用于对所述激光谐振腔内激光振荡实现光学正反馈；所述激光晶体组包括一个激光晶体或者两个以上激光晶体的串联组合；所述激光晶体组中包括至少一个基频激光晶体，所述基频激光晶体设置在所述激光谐振腔内；所述泵浦源组用于对激光晶体组的基频激光晶体进行泵浦，使所述基频激光晶体实现粒子数反转；所述调Q开关模组设置于所述激光谐振腔内，用于对所述激光谐振腔内的激光调Q以产生调Q激光；所述外调制光开关组设置在所述激光谐振腔外，用于对传输到其上的连续激光进行关断或衰减；

（2）通过激光控制器设置基板的温度、所述激光晶体组中激光晶体的温度和所述泵浦源组的泵浦参数，所述激光谐振腔输出连续激光；

（3）通过激光控制器控制所述调Q开关模组，使所述激光谐振腔输出调Q激光；通过激光控制器或者外部信号控制所述外调制光开关组处于通光状态，所述调Q激光透过所述外调制光开关组后形成激光输出；

（4）当停止使用所述调Q激光时，所述激光控制器关闭所述调Q开关或降低所述调Q开关的调Q锁光功率，此时所述激光谐振腔输出的连续激光进入所述外调制光开关组；所述激光控制器或者外部信号控制所述外调制光开关组处于工作状态，所述外调制光开关组对所述连续激光进行关断或者衰减处理。

（5）当再次需要调Q激光输出时，外调制光开关处于通光状态，所述调Q开关模组对激光谐振腔的激光进行调Q，所述激光谐振腔输出调Q激光。

激光谐振腔（optical resonant cavity）是一种光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔。它是激光器的必要组成部分，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成，在工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。激光谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和方向的光加以抑制。凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外，与工作介质不再接触。沿轴线运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡，运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，沿轴线运行的光子将不断增殖，在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光。为把激光引出腔外，可把一面反射镜做成部分透射的，透射部分成为可利用的激光，反射部分留在腔内继续增殖光子。激光谐振腔的作用包括：①提供反馈能量；②选择光波的方向和频率。谐振腔内可能存在的频率和方向称为本征模，按频率区分的称纵模，按方向区分的称横模。两反射镜的曲率半径和间距（腔长）决定了谐振腔对本征模的限制情况。不同类型的谐振腔有不同的模式结构和限模特性。

激光调Q技术是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中，从而使激光光源的峰值功率提高几个数量级的一种技术。激光调Q技术的基础是一种特殊的光学元件--快速腔内光开关，一般称为激光调Q开关或简称为Q开关。激光调Q技术的目的是：压缩脉冲宽度，提高峰值功率。Q值是一个品质因数，用于评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标，所述Q值定义为：2π×谐振腔内储存的能量/每震荡周期损耗的能量。Q值愈高，所需要的泵浦阈值就越低，亦即激光愈容易起振。

激光调Q技术的原理，是通过降低共振腔的Q值而不产生激光振荡，则工作物质内的粒子数反转程度会不断通过光泵积累而增大，然后在某一特殊选定的时刻，突然快速增大共振腔的Q值，使腔内迅速发生激光振荡，积累到较高程度的反转粒子数能量会集中在很短的时间间隔内快速释放出来，从而可获得很窄脉冲宽度和高峰值功率的激光输出。例如在共振腔内引入一个快速光开关——Q开关，所述Q开关在光脉冲开始后的一段时间内处于“关闭”或“低Q”状态，此时腔内不能形成振荡而粒子数反转不断得到增强。在粒子数反转程度达到最大时，腔内Q开关突然处于“接通”或“高Q”状态，从而在腔内形成瞬时的强激光振荡，并产生所谓的调Q激光脉冲输出到腔外。

本发明的技术方案，在需要调Q激光输出进行激光加工、激光探测、激光曝光等应用时，所述调Q开关模组正常工作，所述外调制光开关处于通光状态；所述通光状态包括完全通光状态和部分通光状态，前者理论上是无损耗通光，后者相当于光衰减器；当激光加工坐标位置变换或者等待加工时需要闭光时，所述调Q开关模组不工作或者降低调Q功率进行部分锁光，这时激光谐振腔输出连续激光，此时所述外调制光开关对所述连续激光功率进行关断或者衰减，使得待加工材料避免激光损伤。当再次需要调Q激光进行激光加工时，所述调Q开关模组正常工作，所述外调制光开关又处于通光状态。在这些过程中，基频激光晶体输入能量为连续泵浦激光功率，输出功率包括：基频调Q激光功率或者基频连续激光功率，自发辐射与光子吸收等原因产生的热量，基频激光晶体的冷却速率，由于基频调Q激光功率与基频连续激光功率在数值上相差不大，基频激光晶体的冷却速率几乎不发生变化，因此在两种状态下，基频激光晶体的自发辐射与光子吸收等原因产生的热量也相差不大，因此基频激光晶体的热负荷变化较小，整体激光谐振腔内部热负荷比较稳定，很好的保证了激光热响应。

本发明方法的有益效果是：本发明的技术方案采用了调Q开关模组的不工作或者降低调Q功率进行部分锁光，此时激光谐振腔输出连续激光，使得基频激光晶体的热负荷变化较小，基本保持基频晶体的热稳定状态，解决了大功率半导体泵浦固体激光器开关光时候的激光热响应问题，使得大功率固体激光器也可以像小功率固体激光器一样，用TTL开关信号进行随机开关光。对于激光谐振腔输出的连续激光，由于连续激光的峰值功率相对于调Q激光器会低若干数量级，因此所述高速外调制光开关可以很好的对所述连续激光进行关断或者衰减，避免对待加工材料产生激光损伤；而对于调Q激光，由于较高的峰值功率，所述外调制光开关只可以对所述调Q激光器进行部分衰减工作，实现调Q激光脉冲能量衰减功能，增加了激光加工的柔性。

值得一提的是，现有技术中用于激光微孔阵列加工的激光器，激光加工每一个小孔的时间非常短，例如一秒钟激光旋切2000个小孔，孔径80微米，那么每个小孔的激光加工时间小于500微妙，这种激光器除了需要很高的脉冲重复频率外，还需要很快的激光开关光时间，如果激光热响应时间较长，那么这种激光器就不适合用于激光高速微孔加工场合。

另外，对于声光调Q固体激光器，如果需要工作到高脉冲重复频率，例如300千赫兹到1500千赫兹，那么基频激光晶体需要很高的增益，即需要很高的泵浦功率才可以实现，此时激光器一旦锁光，那么基频激光晶体面临很高的热负荷，无法正常工作，如果采用本发明技术方案，这种激光器的激光功率的开关光控制就可以实现。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述激光谐振腔还包括至少一个光学反射元件，所述光学反射元件用于反射所述基频激光或/和对泵浦源激光波长进行透射；所述光学反射元件设置在所述泵浦源和所述激光晶体组之间；当所述泵浦源为一个时，所述泵浦源设置在所述激光晶体组的一侧；或当所述泵浦源为两个时，所述泵浦源为分别设置在所述激光晶体组的两端。

进一步，所述激光晶体组的激光晶体为相同或者不同离子掺杂浓度的长方体状激光晶体、棒状激光晶体、板条激光晶体、薄片激光晶体的任意一种或组合；所述激光晶体组还包含非线性激光晶体，所述非线性激光晶体用于对激光波长进行非线性频率转换。

进一步，所述非线性激光晶体设置在所述激光谐振腔的内部或者外部。

当所述激光晶体组还包含非线性激光晶体时，所述非线性激光晶体设置在激光谐振腔的内部或者外部。例如在所述激光谐振腔腔内设置二倍频激光晶体或三倍频激光晶体，当所述调Q开关模组工作时，所述激光谐振腔输出二倍频激光或者三倍频调Q激光，所述外调制光开关处于通光状态；当激光加工坐标位置变换或者等待加工时，所述调Q开关模组不工作或者降低调Q功率进行部分锁光，这时激光谐振腔输出二倍频激光或者三倍频连续激光，尽管由于连续激光峰值功率较低，激光非线性转换效率很低，但是基频激光晶体内部的连续基频激光并不由于激光非线性转换转换效率降低而有较大变化，因此基频激光晶体热稳定性得到有效保障，所述激光谐振腔输出低功率二倍频激光或者三倍频连续激光，此时所述外调制光开关对所述连续二倍频激光或者三倍频激光进行关断或者衰减，使得待加工材料避免激光损伤。当再次需要调Q二倍频激光或者三倍频激光进行激光加工时，所述调Q开关模组正常工作，所述外调制光开关又处于通光状态。在这些过程中，基频激光晶体的热负荷变化较小，整体激光谐振腔内部热负荷比较稳定，很好的保证了激光响应。

在所述激光谐振腔腔外设置二倍频激光晶体或三倍频激光晶体，当所述调Q开关模组工作时，所述激光谐振腔输出基频调Q激光，所述基频调Q激光聚焦耦合进二倍频激光晶体或三倍频激光晶体，输出二倍频激光或者三倍频调Q激光，所述外调制光开关对二倍频激光或者三倍频调Q激光处于通光状态；所述调Q开关模组不工作或者降低调Q功率进行部分锁光，这时激光谐振腔输出连续基频激光，由于连续基频激光峰值功率较低，导致倍频转换效率很低，但是基频激光晶体内部的连续基频激光并不由于激光非线性转换效率降低而有较大变化，因此基频激光晶体热稳定性得到有效保障，所述腔外二倍频激光晶体或三倍频激光晶体输出低功率二倍频激光或者三倍频连续激光，此时所述外调制光开关对所述连续二倍频激光或者三倍频激光功率进行关断或者衰减，使得待加工材料避免激光损伤。当再次需要调Q倍频激光进行激光加工时，所述调Q开关模组正常工作，所述外调制光开关又处于通光状态。在这些过程中，基频激光晶体的热负荷变化较小，整体激光谐振腔内部热负荷比较稳定，很好的保证了激光响应。

如果在激光谐振腔腔外放置激光放大级激光晶体，所述调Q开关模组工作时，所述激光谐振腔输出基频调Q激光，所述基频调Q激光耦合进激光放大级激光晶体，输出放大功率调Q激光，所述外调制光开关对放大功率调Q激光处于通光状态；所述调Q开关模组不工作或者降低调Q功率进行部分锁光，这时激光谐振腔输出连续基频激光，所述连续基频激光耦合进激光放大级激光晶体，输出连续放大功率激光，虽然连续放大功率激光平均功率很高，但是其峰值功率相对不高，此时所述外调制光开关对所述基频连续放大激光进行关断或者衰减，使得待加工材料避免激光损伤。当再次需要基频放大调Q激光进行激光加工时，所述调Q开关模组正常工作，所述外调制光开关又处于通光状态。在这些过程中，基频激光晶体和放大级激光晶体的热负荷变化较小，整体激光谐振腔内部热负荷比较稳定，很好的保证了激光响应。本情形的放大级激光器晶体前面的脉冲激光，也可以是连续波的种子激光斩波所得，不斩波是即连续种子激光，其工作过程同上。

进一步，所述调Q开关模组包括至少一个调Q开关，所述调Q开关为声光调Q开关或电光调Q开关；所述外调制光开关组包括至少一个外调制光开关，所述光开关响应时间不大于5毫秒；所述外调制光开关为声光调Q开关、电光调Q开关，压电陶瓷驱动的机械光开关或高速振镜光开关的一种或者组合。

所述声光调Q开关采用了声光调Q技术，是利用声光器件的布拉格衍射原理完成调Q任务。声光调Q开关，由声光互作用介质，如熔融石英，和键合于其上的换能器所构成。换能器将高频信号转换为超声波。在激光腔内插入声光调Q器件，可以产生很高的衍射损耗，此时腔内具有很低的Q值，Q开关处于关闭状态。当激光高能级积累大量粒子数时，撤除超声波，衍射效应即刻消失，损耗下降，Q开光打开，激光巨脉冲遂即形成。声光调Q技术用于低增益的激光器，可获得脉宽几十纳秒，功率几百千瓦的高频脉冲。但对高能量激光器的开关能力差，不宜用于高能调Q激光。与电光调制技术相比，它有更高的消光比（一般大于1000：1），更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格。

所述电光调Q开关采用了电光调Q技术，利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的发射损耗。开始工作时，晶体两端加一电压，由于晶体的偏振效应，由于事先在晶体两边的放置偏振元件，因而谐振腔的损耗很大，Q值低，激光不振荡，激光上能级不断积累粒子数，Q开光处于关闭状态。某一特定时刻，突然撤去晶体两端电压，偏振激光可以顺利通过事先在晶体两边的放置偏振元件，因而谐振腔突变至损耗低，Q值高，Q开关打开，形成巨脉冲激光。典型的Nd:YAG激光，电光调Q激光器的输出光脉冲宽度约为纳秒级，峰值功率达到数兆瓦至数十兆瓦。

进一步，所述泵浦源的泵浦方式为端泵或侧泵。

一种多端泵浦固体激光器,所述多端泵浦固体激光器包括权利要求1—5任一所述的激光谐振腔、激光晶体组、泵浦源组、调Q开关模组、外调制光开关组、激光控制器以及固定所述部件的基板，所述泵浦源组包括至少三个泵浦源；

所述激光谐振腔为折叠激光谐振腔，所述折叠激光谐振腔包括前腔镜、后腔镜和至少两个反射镜，所述折叠激光谐振腔用于对所述激光谐振腔内激光振荡实现光学正反馈；

所述激光晶体组至少包含两个光束传输串联的基频激光晶体,所述基频激光晶体设置在所述激光谐振腔内；每个所述基频激光晶体的至少一侧设置有一个泵浦源,用于对相应的基频激光晶体进行泵浦，使所述基频激光晶体实现粒子数反转；每个所述泵浦源与相应的基频激光晶体之间均设置一个反射镜,所述反射镜用于对经泵浦产生的基频激光反射或/和对泵浦源激光波长进行透射；

所述调Q开关模组位于所述激光谐振腔内，用于对所述激光谐振腔内的激光调Q以产生调Q激光；

所述外调制光开关组位于所述激光谐振腔外，用于对传输到其上的连续激光进行关断或衰减；

激光控制器用于控制所述基板的温度、所述激光晶体组中激光晶体的温度、所述泵浦源组的泵浦参数、所述调Q开关模组的状态和/或所述外调制光开关组的状态。

采用折叠式激光谐振腔，每两个相对反射镜之间可以放置基频激光晶体组，每一片反射镜均可以安装一个泵浦源，泵浦源输出泵浦激光对对应的基频激光晶体或者基频激光晶体组进行晶体端面泵浦，这种结构理论上可以无限制进行级联，这样获得高功率激光输出；在折叠式激光谐振腔内部或者外部均可放置激光非线性转换晶体。在具体设计中，所述激光谐振腔的内部光路中可能需要加入光阑等元件用于激光选模，有可能需要加入各种光学元件，例如反射镜、透镜等。在进行激光加工时候，需要调Q激光输出时，所述调Q开关模组正常工作，所述外调制光开关处于通光状态；所述通光状态包括完全通光状态和部分通光状态，前者理论上是无损耗通光，后者相当于光衰减器；当激光加工坐标位置变换时需要闭光时，所述调Q开关模组不工作或者降低调Q功率进行部分锁光，这时激光谐振腔输出连续激光功率，此时所述外调制光开关对所述连续激光功率进行关断或者衰减，使得待加工材料避免激光损伤。当再次需要调Q激光进行激光加工时，所述调Q开关模组正常工作，所述外调制光开关又处于通光状态。在这些过程中，基频激光晶体的热负荷变化较小，整体激光谐振腔内部热负荷比较稳定，很好的保证了激光响应。这个方法解决了高功率固体激光器的光开关时候的热响应问题。

本发明一种多端泵浦固体激光器的有益效果是：提出了一种高功率调Q多端泵浦固体激光器结构，并进一步解决了这种高功率固体激光器随机开关的激光热响应问题；这种高功率固体激光器可以进一步进行腔内或者腔外非线性转换，得到高功率绿光和紫外、深紫外固体激光器。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明实施例4的结构示意图;

图5为本发明实施例5的结构示意图;

图6为本发明实施例6的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

图1为所述一种提高激光热响应速度的方法在光纤耦合双端泵浦声光调Q固体激光器中运用的结构示意图，如图1所示：本实施例双端泵浦声光调Q固体激光器包括激光谐振腔、激光晶体组、泵浦源组、调Q开关模组，外调制光开关组，基板（图中没有标示）和激光控制器（图中没有标示）。其中，激光谐振腔包括前腔镜2和后腔镜9，折叠反射镜4，均固定于基板上，所述后腔镜9对基频激光95%反射，5%透射；激光晶体组包括YVO4激光晶体3，本实施例是一个基频激光晶体，实际上可以有两个或者两个以上相同或者不同离子掺杂浓度基频激光晶体串联使用，YVO4激光晶体3位于激光谐振腔内，固定于基板，调整所述YVO4激光晶体3在激光谐振腔中的位置；所述泵浦源组包括光纤耦合泵浦源1和光纤耦合泵浦源5，其中光纤耦合泵浦源1的泵浦光透过前腔镜2并聚焦于YVO4激光晶体3的左端面，光纤耦合泵浦源5的泵浦光透过折叠反射镜4并聚焦于YVO4激光晶体3的右端面，如果所述激光晶体组含有多个光路串联基频激光晶体，那么光纤耦合泵浦源1的泵浦光透过前腔镜2并聚焦于所述激光晶体组的最左基频激光晶体的左端面，光纤耦合泵浦源5的泵浦光透过折叠反射镜4并聚焦于所述激光晶体组的最右基频激光晶体的右端面；所述调Q开关模组包括声光调Q开关10，位于激光谐振腔内，固定于基板，调整其在所述激光谐振腔的位置，使得调Q效果最佳；所述外调制光开关组包括外调制光开关7和外调制光开关8，所述外调制光开关7和外调制光开关8位于激光谐振腔外，固定于基板上，调整所述外调制光开关7和外调制光开关8的位置，使得光偏转效果最佳；上面所述各种光学器件调整，均以所述激光谐振腔光轴为基准进行调整，所述基板用于固定上述各种零部件，所述激光控制器用于控制所述基板温度、所述激光晶体组的激光晶体温度、所述泵浦源组的各项泵浦参数以及驱动所述声光调Q开关和外调制光开关组。

本实施例中，所述基频激光晶体为长方体状激光晶体，在其他实施例中，所述基频激光晶体可以是相同或者不同离子掺杂浓度的板条状激光晶体、棒状激光晶体、薄片状激光晶体的任一一种或多种组合。

本实施例中，所述泵浦源模组的泵浦方式为端泵，在其他实施例中也可以是侧泵。

本实施例中，所述调Q开关模组的调Q开关为声光调Q开关，在其他实施例中，也可以是电光调Q开关。

本实施例中，所述外调制光开关为声光调Q开关，在其他实施例中也可以是电光调Q开关、压电陶瓷驱动的机械光开关或高速振镜光开关的一种或者组合。

本实施例中，所述折叠式激光谐振腔外可以有基频激光晶体用于激光光放大器，也可以有非线性转换激光晶体用于腔外激光波长非线性转换，也可以有非线性转换激光晶体用于腔内激光波长非线性转换。

本实施例的工作原理如下：所述光纤耦合泵浦源1的泵浦光透过前腔镜2并聚焦于YVO4激光晶体3的左端面，光纤耦合泵浦源5的泵浦光透过折叠反射镜4并聚焦于YVO4激光晶体3的右端面，在双端泵浦光的激励下，激光晶体3发生粒子数反转，在所述激光谐振腔能量正反馈作用下，实现激光光放大器，并从后腔镜9输出连续基频激光；在声光调Q开关10的作用下，后腔镜9输出调Q基频激光。

所述激光控制器可以采用内触发信号或者外部信号来驱动所述调Q开关模组和外调制光开关组，所述外部信号为门控开关信号，所述门控开关信号输入到所述激光控制器的门控开关信号接口。当所述调Q开关模组采用激光控制器内触发信号工作时，此时所述外调制光开关组的状态，可以由所述激光控制器内部信号控制，也可以由外部信号控制；当所述调Q开关模组采用激光控制器外部信号触发工作时，所述调Q开关模组和所述外调制光开关组的状态均由外部信号控制。所述外部信号是来源于激光控制器以外的控制信号；当激光器正常工作输出调Q脉冲激光时，所述外调制光开关7和外调制光开关8处于通光状态，此时激光可以用于激光加工、激光探测、激光曝光等应用；当激光停止输出调Q激光时，所述声光调Q开关10不再像传统激光器进行完全锁光处理，而是处于非工作状态，此时所述激光谐振腔后腔镜9输出连续基频激光，或者降低声光调Q开关10的锁光功率进行非完全锁光，所述激光谐振腔的后腔镜9输出相对低功率的连续基频激光；此时所述外调制光关开关7和外调制光关开关8处于工作状态，把所述激光谐振腔输出的连续基频激光进行关断或者衰减，使得所述连续基频激光不对待加工对象形成损伤。当激光器需要再次输出调Q激光时，在对应控制信号作用下，所述外调制光开关组处于通光状态，所述调Q开关模组处于调Q状态，激光器输出调Q脉冲激光6。

本实施例中，泵浦源1和5的泵浦功率为80W的808nm激光，在所述激光晶体3端面聚焦光斑1.2mm，100KHz调Q时输出90W调Q激光，当激光焦点进行位置切换或者出光等待状态时，激光器需要短暂停止出光，此时，如果所述声光调Q开关10完全不工作状态，那么所述激光谐振腔后腔镜9输出连续基频激光功率达100W，此时如果所述声光调Q开关10进行部分锁光处理，增大了激光谐振腔的传输损耗，所述激光谐振腔后腔9输出连续激光激光功率为50W，此时，所述激光晶体3内部的热负荷变化在可承受范围内（具体承受范围与激光谐振腔设计等因素相关），此时所述外调制光关开关7和外调制光关开关8的处于工作状态，每一个声光调制开关偏转效率90%，这样把所述基频连续激光的99%的功率偏离出正常光路，只剩下500mw的连续激光透射出去，这对于一部分应用，例如陶瓷等脆硬材料的加工没有影响，如果需要进一步降低透射的连续功率，可以进一步串联声光调制开关，或者改为电光调制开关或者其他高速机械开关均可以。

实际激光谐振腔由于具体的需要，可能需要增加一些光阑、棱镜、透镜、反射镜等，但是不影响本发明方法的应用。

实施例2

图2为所述一种提高激光热响应速度的方法在光纤耦合双端泵浦声光调Q固体谐波激光器中运用的结构示意图，如图2所示：本实施例双端泵浦声光调Q固体谐波激光器包括激光谐振腔、激光晶体组、泵浦源组、调Q开关模组，外调制光开关组，基板（图中没有标示），激光控制器（图中没有标示）。其中，激光谐振腔包括前腔镜12、后腔镜23、折叠反射镜14、折叠反射镜17、布儒斯特片20，均固定于所述基板，所述后腔镜23对基频激光95%反射，5%透射；激光晶体组包括YVO4激光晶体13和倍频激光晶体22，所述倍频激光晶体22为激光非线性转换晶体，本实施例是一个基频激光晶体，实际上可以有两个或者两个以上相同或者不同离子掺杂浓度的基频激光晶体串联使用，YVO4激光晶体13位于激光谐振腔内，固定于所述基板上，调整所述YVO4激光晶体13在激光谐振腔中的位置；所述泵浦源组包括光纤耦合泵浦源11和光纤耦合泵浦源15，其中光纤耦合泵浦源11的泵浦光透过前腔镜12并聚焦于YVO4激光晶体13的左端面，光纤耦合泵浦源15的泵浦光透过折叠反射镜14并聚焦于YVO4激光晶体13的右端面，如果所述激光晶体组含有多个光路串联基频激光晶体，那么光纤耦合泵浦源11的泵浦光透过前腔镜12并聚焦于所述最左基频激光晶体的左端面，光纤耦合泵浦源15的泵浦光透过折叠反射镜14并聚焦于所述最右基频激光晶体的右端面；所述调Q开关模组包括声光调Q开关16，位于激光谐振腔内，固定于基板上，调整其在所述激光谐振腔的位置，使得调Q效果最佳；所述外调制光开关组包括外调制光开关18和外调制光开关19，位于所述激光谐振腔外，固定于基板上，调整所述外调制光开关18和外调制光开关19的位置，使得光偏转效果最佳；上面所述各种光学器件调整，均以所述激光谐振腔光轴为基准进行调整，所述基板用于固定上述各种零部件，所述激光控制器用于控制所述基板温度、所述激光晶体组的激光晶体温度、所述泵浦源组的各项泵浦参数以及驱动所述声光调Q开关和外调制光开关组。

本实施例中，所述基频激光晶体为长方体状激光晶体，在其他实施例中，所述基频激光晶体可以是相同或者不同离子掺杂浓度的板条状激光晶体、棒状激光晶体、薄片状激光晶体的任一一种或多种组合。

本实施例中，所述泵浦源模组的泵浦方式为端泵，在其他实施例中也可以是侧泵。

本实施例中，所述调Q开关模组的调Q开关为声光调Q开关，在其他实施例中，也可以是电光调Q开关。

本实施例中，所述外调制光开关为声光调Q开关，在其他实施例中也可以是电光调Q开关、压电陶瓷驱动的机械光开关或高速振镜光开关一种或者组合。

本实施例的工作原理如下：所述光纤耦合泵浦源11的泵浦光透过前腔镜12并聚焦于YVO4激光晶体13的左端面，光纤耦合泵浦源15的泵浦光透过折叠反射镜14并聚焦于YVO4激光晶体13的右端面，在双端泵浦光的激励下，激光晶体13发生粒子数反转，在所述激光谐振腔能量正反馈作用下，激光在前腔镜12和后腔镜23之间震荡实现激光光放大，往返震荡的基频激光为设计为水平线偏振光，偏振比大于100:1，与激光谐振腔光轴成布儒斯特角度放置的布儒斯特片20，可以让谐振腔内基频激光几乎无损耗通光，所述倍频激光晶体22置于所述激光谐振腔内，对激光谐振腔内的基频激光进行激光非线性转换，获得倍频激光，经布儒斯特片20表面反射出所述激光谐振腔，所述布儒斯特片20靠近后腔镜23的一面镀有布儒斯特角度的偏振倍频激光全反射膜。在声光调Q开关16的作用下，所述布儒斯特片20输出调Q倍频激光，当声光调Q开关16不工作或者部分锁光条件下，所述布儒斯特片20输出连续倍频激光，所述倍频激光（调Q脉冲和连续），经反射镜21反射进入外调制光关开关18和19。

所述激光控制器可以采用内触发信号或者外部信号来驱动所述调Q开关模组和外调制光开关组，所述外部信号为门控开关信号，所述门控开关信号输入到所述激光控制器的门控开关信号接口。当所述调Q开关模组采用激光控制器内触发信号工作时，此时所述外调制光开关组的状态，可以由所述激光控制器内部信号控制，也可以由外部信号控制；当所述调Q开关模组采用激光控制器外部信号触发工作时，所述调Q开关模组和所述外调制光开关组的状态均由外部信号控制。所述外部信号是来源于激光控制器以外的控制信号；当激光器正常工作输出调Q脉冲激光时所述外调制光开关18和19处于通光状态，此时激光可以用于激光加工、激光探测、激光曝光等应用；当激光停止输出调Q倍频激光时，所述声光调Q开关16不再像传统激光器进行完全锁光处理，而是处于非工作状态，所述激光谐振腔布儒斯特片20输出连续倍频激光，或者降低调Q开关16的锁光功率进行非完全锁光，此时所述激光谐振腔布儒斯特片20输出相对更低功率的连续倍频激光；所述外调制光关开关18和19的处于工作状态，把所述激光谐振腔输出的连续基频激光进行关断或者衰减，使得所述连续基频激光不对待加工对象形成损伤。当激光器需要再次输出调Q倍频激光时，在对应控制信号作用下，所述外调制光开关组处于通光状态，所述调Q开关模组处于调Q状态，激光器输出调Q脉冲激光。

本实施例中，泵浦源11和15的泵浦功率为50W的808nm激光，在所述激光晶体13端面聚焦光斑1mm，50KHz调Q时输出30W调Q倍频绿激光，当激光焦点进行位置切换时，激光器需要短暂停止出光，此时，如果所述调Q开关16完全不工作状态，那么所述激光谐振腔后腔镜9输出连续基频激光功率达8W，此时，所述激光晶体13内部的热负荷变化在可承受范围内（具体承受范围与激光谐振腔设计等因素相关），此时所述外调制光关开关18和19处于工作状态，每一个声光调制开关偏转效率90%，这样把所述基频连续激光的99%的功率偏离出正常光路，只剩下80mw的连续激光透射出去，这对于绝大部分应用都没有影响，这些连续光不会对待加工材料产生影响，如果需要进一步降低透射的连续功率，可以进一步串联声光外调制光开关，或者改为电光外调制光开关或者其他高速机械开关均可以。

所述激光谐振腔内部可以设置三倍频激光非线性晶体，这样在声光调Q开关作用下得到调Q紫外激光，当激光焦点位置需要跳转时，所述外部调制光开关可以对连续紫外激光继续衰减或者关断。

实施例3

图3为所述一种提高激光热响应速度的方法在光纤耦合双端泵浦声光调Q固体谐波激光器中运用的结构示意图，如图3所示：本实施例双端泵浦声光调Q固体谐波激光器包括激光谐振腔、激光晶体组、泵浦源组、调Q开关模组，外调制光开关组，基板（图中没有标示），激光控制器（图中没有标示）。其中，激光谐振腔包括前腔镜32、后腔镜40、折叠反射镜34，均固定于所述基板上，所述后腔镜40对基频激光95%反射，5%透射；激光晶体组包括YVO4激光晶体33和倍频激光晶体39，所述倍频激光晶体39为激光非线性转换晶体，本实施例是一个基频激光晶体，实际上可以有两个或者两个以上基频激光晶体串联使用，YVO4激光晶体33位于激光谐振腔内，固定于所述基板上，调整所述YVO4激光晶体33在激光谐振腔中的位置；所述泵浦源组包括光纤耦合泵浦源31和光纤耦合泵浦源35，其中光纤耦合泵浦源31的泵浦光透过前腔镜32并聚焦于YVO4激光晶体33的左端面，光纤耦合泵浦源35的泵浦光透过折叠反射镜34并聚焦于YVO4激光晶体33的右端面，如果所述激光晶体组含有多个光路串联基频激光晶体，那么光纤耦合泵浦源31的泵浦光透过前腔镜32并聚焦于所述最左基频激光晶体的左端面，光纤耦合泵浦源35的泵浦光透过折叠反射镜34并聚焦于所述最右基频激光晶体的右端面；所述调Q开关模组包括声光调Q开关41，位于激光谐振腔内，固定于基板上，调整其在所述激光谐振腔的位置，使得调Q效果最佳；所述外调制光开关组包括外调制光开关37和外调制光开关38，位于所述激光谐振腔外，固定于基板上，空间位置经过精细调整，使得光偏转效果最佳；所述倍频激光晶体39位于所述激光谐振腔外，处于所述激光谐振腔后腔镜40与外调制光关开关38之间，固定于基板上。上面所述各种光学器件调整，均以所述激光谐振腔光轴为基准进行调整，所述基板用于固定上述各种零部件，所述激光控制器用于控制所述基板温度、所述激光晶体组的激光晶体温度、所述泵浦源组的各项泵浦参数以及驱动所述声光调Q开关和外调制光开关组。

本实施例中，所述基频激光晶体为长方体状激光晶体，在其他实施例中，所述基频激光晶体是相同或者不同离子掺杂浓度的板条状激光晶体、棒状激光晶体、薄片状激光晶体的任一一种或多种组合。

本实施例中，所述泵浦源模组的泵浦方式为端泵，在其他实施例中也可以是侧泵。

本实施例中，所述调Q开关模组的调Q开关为声光调Q开关，在其他实施例中，也可以是电光调Q开关。

本实施例中，所述外调制光开关为声光调Q开关，在其他实施例中也可以是电光调Q开关、压电陶瓷驱动的机械光开关或高速振镜光开关。

本实施例的工作原理如下：外调制光开关组所述光纤耦合泵浦源31的泵浦光透过前腔镜32并聚焦于YVO4激光晶体33的左端面，光纤耦合泵浦源35的泵浦光透过折叠反射镜34并聚焦于YVO4激光晶体33的右端面，在双端泵浦光的激励下，激光晶体33发生粒子数反转，在所述激光谐振腔能量正反馈作用下，激光在前腔镜32和后腔镜40之间震荡实现激光光放大，往返震荡的基频激光为设计为水平线偏振光，偏振比大于100:1；所述倍频激光晶体39置于所述激光谐振腔后腔镜40后，对激光谐振腔后腔镜40输出的基频激光进行激光腔外非线性转换，获得倍频激光。在声光调Q开关41的作用下，所述倍频激光晶体39输出调Q倍频激光，也存在没有转换的基频激光从倍频激光晶体39内部通过并继续传输，当声光调Q开关41不工作或者部分锁光条件下，所述倍频激光晶体39输出连续倍频激光和连续基频激光，入射外调制光关开关37和38。

所述激光控制器可以采用内触发信号或者外部信号来驱动所述调Q开关模组和外调制光开关组，所述外部信号为门控开关信号，所述门控开关信号输入到所述激光控制器的门控开关信号接口。当所述调Q开关模组采用激光控制器内触发信号工作时，此时所述外调制光开关组的状态，可以由所述激光控制器内部信号控制，也可以由外部信号控制；当所述调Q开关模组采用激光控制器外部信号触发工作时，所述调Q开关模组和所述外调制光开关组的状态均由外部信号控制。所述外部信号是来源于激光控制器以外的控制信号。当激光器正常工作时，输出调Q脉冲激光时所述外调制光开关37和38处于通光状态，此时激光可以用于激光加工、激光探测、激光曝光等应用；当激光停止输出调Q倍频激光时，所述调Q开关41不再像传统激光器进行完全锁光处理，而是处于非工作状态，此时所述倍频激光晶体39输出连续倍频激光和连续基频激光，或者降低调Q开关41的锁光功率进行非完全锁光，此时所述倍频激光晶体39输出连续基频激光和相对更低功率的连续倍频激光；此时所述外调制光关开关37和38处于工作状态，把所述倍频激光晶体39输出的连续倍频激光和连续基频激光进行关断或者衰减，使得所述连续倍频激光和基频激光不对待加工对象形成损伤。当激光器需要再次输出调Q倍频激光时，在对应控制信号作用下，所述外调制光开关组处于通光状态，所述调Q开关模组处于调Q状态，激光器输出调Q脉冲激光。

本实施例中，泵浦源31和35的泵浦功率为50W的808nm激光，在所述激光晶体33端面聚焦光斑1mm，50KHz调Q时输出25W调Q倍频绿激光，当激光焦点进行位置切换时，激光器需要短暂停止出光，此时，如果所述调Q开关41完全不工作状态，那么所述激光谐振腔后腔镜40输出连续基频激光功率达45W，此时如果所述声光调Q开关10进行部分锁光处理，增大了激光谐振腔的传输损耗，所述激光谐振腔后腔镜40输出连续激光激光功率为20W，此时，所述激光晶体3内部的热负荷变化在可承受范围内（具体承受范围与激光谐振腔设计等因素相关），所述连续功率20W经过腔外倍频激光晶体39，输出0.5W的连续绿光和19.5W连续基频激光，此时所述外调制光关开关37和38处于工作状态，每一个声光调制开关偏转效率90%，这样把所述基频连续激光的99%的功率偏离出正常光路，只剩下5mw的连续倍频绿光和195mw的连续基频激光透射出去，这对于绝大部分应用都没有影响，这些连续光不会对待加工材料产生影响，如果需要进一步降低透射的连续功率，可以进一步串联声光调制开关，或者改为电光调制开关或者其他高速机械开关均可以，也可以用光学棱镜把连续和调Q基频激光偏转掉，此时激光加工中只用到调Q倍频绿光。

所述激光谐振腔外部可以设置三倍频激光非线性晶体，这样在声光调Q开关作用下得到调Q紫外激光，当激光焦点位置需要跳转时，所述外部调制光开关可以对连续紫外激光继续衰减或者关断。

实施例4

图4为本发明一种多端泵浦固体激光器的一种结构示意图，如图4所示：本实施例一种多端泵浦固体激光器包括折叠式激光谐振腔、激光晶体组、泵浦源组、调Q开关模组，外调制光开关组，基板（图中没有标示），激光控制器（图中没有标示）。其中，折叠式激光谐振腔包括前腔镜52和后腔镜65，折叠反射镜70、55、73、58、76、61、79、63，均固定于基板上，所述后腔镜65对基频激光95%反射，5%透射；激光晶体组包括YVO4激光晶体53、71、56、74、59、77、62、80，位于所述折叠式激光谐振腔内，固定于基板上；所述泵浦源组包括光纤耦合泵浦源51、69、54、72、57、75、60、78，其中光纤耦合泵浦源51的泵浦光透过前腔镜52并聚焦于YVO4激光晶体53的前端面，光纤耦合泵浦源69的泵浦光透过折叠反射镜70并聚焦于YVO4激光晶体71的后端面，光纤耦合泵浦源54的泵浦光透过折叠反射镜55并聚焦于YVO4激光晶体56的前端面，光纤耦合泵浦源72的泵浦光透过折叠反射镜73并聚焦于YVO4激光晶体74的后端面，光纤耦合泵浦源57的泵浦光透过折叠反射镜58并聚焦于YVO4激光晶体59的前端面，光纤耦合泵浦源75的泵浦光透过折叠反射镜76并聚焦于YVO4激光晶体77的后端面，光纤耦合泵浦源60的泵浦光透过折叠反射镜61并聚焦于YVO4激光晶体62的前端面，光纤耦合泵浦源78的泵浦光透过折叠反射镜79并聚焦于YVO4激光晶体80的后端面；所述调Q开关模组包括声光调Q开关64，位于激光谐振腔内，固定于基板上，空间位置经过精细调整，使得调Q效果最佳，在必要时为了加大调Q关断能力，可以采用多个所述声光调Q开关串联；所述外调制光开关组包括外调制光关开关66和67，位于激光谐振腔外，固定于基板上，空间位置经过精细调整，使得光偏转效果最佳；上面所述各种光学器件调整，均以所述激光谐振腔光轴为基准进行调整，所述基板用于固定上述各种零部件，所述激光控制器用于控制所述基板温度、所述激光晶体组的激光晶体温度、所述泵浦源组的各项泵浦参数以及驱动所述声光调Q开关和外调制光开关组。

本实施例中，所述基频激光晶体为长方体状激光晶体，在其他实施例中，所述基频激光晶体可以是相同或者不同离子掺杂浓度的板条状激光晶体、棒状激光晶体、薄片状激光晶体的任一一种或多种组合。

本实施例中，所述泵浦源模组的泵浦方式为端泵，在其他实施例中也可以是侧泵。

本实施例中，所述调Q开关模组的调Q开关为声光调Q开关，在其他实施例中，也可以是电光调Q开关。

本实施例中，所述外调制光开关为声光调Q开关，在其他实施例中也可以是电光调Q开关、压电陶瓷驱动的机械光开关或高速振镜光开关。

本实施例中，所述折叠式激光谐振腔外可以有基频激光晶体用于激光光放大器，也可以有非线性转换激光晶体在折叠式激光谐振腔外用于激光波长非线性转换，也可以有非线性转换激光晶体在折叠式激光谐振腔内用于激光波长非线性转换。

在本实施例中，每个基频激光晶体端面泵浦光斑面积可以相同，也可以不同。

所述激光控制器可以采用内触发信号或者外部信号来驱动所述调Q开关模组和外调制光开关组，所述外部信号为门控开关信号，所述门控开关信号输入到所述激光控制器的门控开关信号接口。当所述调Q开关模组采用激光控制器内触发信号工作时，此时所述外调制光开关组的状态，可以由所述激光控制器内部信号控制，也可以由外部信号控制；当所述调Q开关模组采用激光控制器外部信号触发工作时，所述调Q开关模组和所述外调制光开关组的状态均由外部信号控制。所述外部信号是来源于激光控制器以外的控制信号。当激光器正常工作时，输出调Q脉冲激光时所述外调制光开关66和67处于通光状态，此时激光可以用于激光加工、激光探测、激光曝光等应用；当激光停止输出调Q激光时，所述调Q开关64不再像传统激光器进行完全锁光处理，而是处于非工作状态，此时所述激光谐振腔后腔镜65输出连续基频激光，或者降低调Q开关64的锁光功率进行非完全锁光，此时所述激光谐振腔后腔镜65输出相对低功率的连续基频激光；此时所述外调制光关开关66和67的处于工作状态，把所述激光谐振腔输出的连续基频激光进行偏转或者关断或者衰减，使得所述连续基频激光不对待加工对象形成损伤。当激光器需要再次输出调Q激光时，在对应控制信号作用下，所述外调制光开关组处于通光状态，所述调Q开关模组处于调Q状态，激光器输出调Q脉冲激光。

本实施例中，所述泵浦源组的光纤耦合泵浦源51、69、54、72、57、75、60、78的泵浦功率均为30W的808nm激光，在对应泵浦的激光晶体的端面聚焦光斑1mm，100KHz调Q时输出80W调Q激光，当激光焦点进行位置切换时，激光器需要短暂停止出光，此时，如果所述声光调Q开关10完全不工作状态，那么所述激光谐振腔后腔镜65输出连续基频激光功率达90W，此时如果所述调Q开关64进行部分锁光处理，增大了激光谐振腔的传输损耗，所述激光谐振腔后腔镜65输出连续激光激光功率降低为40W，此时，所述激光晶体3内部的热负荷变化在可承受范围内（具体承受范围与激光谐振腔设计等因素相关），此时所述外调制光关开关66和67的处于工作状态，每一个声光调制开关偏转效率90%，这样把所述基频连续激光的99%的功率偏离出正常光路，只剩下400mw的连续激光透射出去，这对于一部分应用，例如陶瓷等脆硬材料的加工没有影响，如果需要进一步降低透射的连续功率，可以进一步串联声光调制开关，或者改为电光调制开关或者其他高速机械开关均可以。

实际激光谐振腔由于具体的需要，可能需要增加一些光阑、棱镜、透镜、反射镜等，但是不影响本发明方法的应用。

实施例5

图5为本发明一种多端泵浦固体激光器的另一种结构示意图，如图5所示：本实施例一种多端泵浦固体激光器包括折叠式激光谐振腔、激光晶体组、泵浦源组、调Q开关模组，外调制光开关组，基板（图中没有标示），激光控制器（图中没有标示）。其中，折叠式激光谐振腔包括前腔镜82和后腔镜95，折叠反射镜99、85、101、88、103、91、105、93，均固定于基板上，所述后腔镜95对基频激光95%反射，5%透射；激光晶体组包括YVO4激光晶体83、86、89、92，位于所述折叠式激光谐振腔内，固定于基板上；所述泵浦源组包括光纤耦合泵浦源81、100、84、102、87、104、90、106，其中光纤耦合泵浦源81的泵浦光透过前腔镜82并聚焦于YVO4激光晶体83的前端面，光纤耦合泵浦源100的泵浦光透过折叠反射镜99并聚焦于YVO4激光晶体83的后端面，光纤耦合泵浦源84的泵浦光透过折叠反射镜85并聚焦于YVO4激光晶体86的前端面，光纤耦合泵浦源102的泵浦光透过折叠反射镜101并聚焦于YVO4激光晶体86的后端面，光纤耦合泵浦源87的泵浦光透过折叠反射镜88并聚焦于YVO4激光晶体89的前端面，光纤耦合泵浦源104的泵浦光透过折叠反射镜103并聚焦于YVO4激光晶体89的后端面，光纤耦合泵浦源90的泵浦光透过折叠反射镜91并聚焦于YVO4激光晶体92的前端面，光纤耦合泵浦源106的泵浦光透过折叠反射镜105并聚焦于YVO4激光晶体92的后端面；所述调Q开关模组包括声光调Q开关94，位于激光谐振腔内，固定于基板上，空间位置经过精细调整，使得调Q效果最佳，在必要时为了加大调Q关断能力，可以采用多个调Q开关串联；所述外调制光开关组包括外调制光关开关96和97，位于激光谐振腔外，固定于基板上，空间位置经过精细调整，使得光偏转效果最佳；上面所述各种光学器件调整，均以所述激光谐振腔光轴为基准进行调整，所述基板用于固定上述各种零部件，所述激光控制器用于控制所述基板温度、所述激光晶体组的激光晶体温度、所述泵浦源组的各项泵浦参数以及驱动所述声光调Q开关和外调制光开关组。

本实施例中，所述基频激光晶体为长方体状激光晶体，在其他实施例中，所述基频激光晶体可以是相同或者不同离子掺杂浓度的板条状激光晶体、棒状激光晶体、薄片状激光晶体的任一一种或多种组合。

本实施例中，所述泵浦源模组的泵浦方式为端泵，在其他实施例中也可以是侧泵。

本实施例中，所述调Q开关模组的调Q开关为声光调Q开关，在其他实施例中，也可以是电光调Q开关。

本实施例中，所述外调制光开关为声光调Q开关，在其他实施例中也可以是电光调Q开关、压电陶瓷驱动的机械光开关或高速振镜光开关。

本实施例中，所述折叠式激光谐振腔外可以有基频激光晶体用于激光光放大器，也可以有非线性转换激光晶体在所述折叠式激光谐振腔外用于激光波长非线性转换，也可以有非线性转换激光晶体在所述折叠式激光谐振腔内用于激光波长非线性转换。

在本实施例中，每个基频激光晶体端面泵浦光斑面积可以相同，也可以不同。

本实施例的工作原理如下：所述光纤耦合泵浦源组的泵浦光透过腔镜或者折叠反射镜并聚焦于基频激光晶体组中对应晶体端面，在多端泵浦光的激励下，所述激光晶体组发生粒子束反转，在所述激光谐振腔能量正反馈作用下，实现激光光放大，并从后腔镜95输出连续基频激光；在声光调Q开关94的作用下，后腔镜95输出调Q基频激光98。

所述激光控制器可以采用内触发信号或者外部信号来驱动所述调Q开关模组和外调制光开关组，所述外部信号为门控开关信号，所述门控开关信号输入到所述激光控制器的门控开关信号接口。当所述调Q开关模组采用激光控制器内触发信号工作时，此时所述外调制光开关组的状态，可以由所述激光控制器内部信号控制，也可以由外部信号控制；当所述调Q开关模组采用激光控制器外部信号触发工作时，所述调Q开关模组和所述外调制光开关组的状态均由外部信号控制。所述外部信号是来源于激光控制器以外的控制信号；当激光器正常工作时，输出调Q脉冲激光时所述外调制光开关96和97处于通光状态，此时激光可以用于激光加工、激光探测、激光曝光等应用；当激光停止输出调Q激光时，所述调Q开关94不再像传统激光器进行完全锁光处理，而是处于非工作状态，此时所述激光谐振腔后腔镜95输出连续基频激光，或者降低调Q开关94的锁光功率进行非完全锁光，此时所述激光谐振腔后腔镜95输出相对低功率的连续基频激光；此时所述外调制光关开关96和97处于工作状态，把所述激光谐振腔输出的连续基频激光进行关断或者衰减，使得所述连续基频激光不对待加工对象形成损伤。当激光器需要再次输出调Q激光时，在对应控制信号作用下，所述外调制光开关组处于通光状态，所述调Q开关模组处于调Q状态，激光器输出调Q脉冲激光。

本实施例中，所述泵浦源组的光纤耦合泵浦源81、100、84、102、87、104、90、106的泵浦功率均为30W的808nm激光，在对应泵浦的激光晶体的端面聚焦光斑1mm，100KHz调Q时输出80W调Q激光，当激光焦点进行位置切换时，激光器需要短暂停止出光，此时，如果所述声光调Q开关10完全不工作状态，那么所述激光谐振腔后腔镜65输出连续基频激光功率达90W，此时如果所述调Q开关94进行部分锁光处理，增大了激光谐振腔的传输损耗，所述激光谐振腔后腔镜65输出连续激光激光功率降低为40W，此时，所述激光晶体组内部的热负荷变化在可承受范围内（具体承受范围与激光谐振腔设计等因素相关），此时所述外调制光关开关96和97处于工作状态，每一个声光调制开关偏转效率90%，这样把所述基频连续激光的99%的功率偏离出正常光路，只剩下400mw的连续激光透射出去，这对于一部分应用，例如陶瓷等脆硬材料的加工没有影响，如果需要进一步降低透射的连续功率，可以进一步串联声光调制开关，或者改为电光调制开关或者其他高速机械开关均可以。

实际激光谐振腔由于具体的需要，可能需要增加一些光阑、棱镜、透镜、反射镜等，但是不影响本发明方法的应用。

实施例6

图6为本发明一种多端泵浦固体激光器的另一种结构示意图，如图6所示：本实施例一种多端泵浦固体激光器包括折叠式激光谐振腔、激光晶体组、泵浦源组、调Q开关模组，外调制光开关组，基板（图中没有标示），激光控制器（图中没有标示）。其中，折叠式激光谐振腔包括前腔镜112和后腔镜139，折叠反射镜130、115、132、118、134、121、135、124，布儒斯特片137,均固定于基板上；激光晶体组包括YVO4激光晶体113、116、119、122，位于所述折叠式激光谐振腔内，固定于基板上，所述后腔镜139对基频激光95%反射，5%透射；所述泵浦源组包括光纤耦合泵浦源111、129、114、131、117、133、120、136，其中光纤耦合泵浦源111的泵浦光透过前腔镜112并聚焦于YVO4激光晶体113的前端面，光纤耦合泵浦源129的泵浦光透过折叠反射镜130并聚焦于YVO4激光晶体113的后端面，光纤耦合泵浦源114的泵浦光透过折叠反射镜115并聚焦于YVO4激光晶体116的前端面，光纤耦合泵浦源131的泵浦光透过折叠反射镜132并聚焦于YVO4激光晶体116的后端面，光纤耦合泵浦源117的泵浦光透过折叠反射镜118并聚焦于YVO4激光晶体119的前端面，光纤耦合泵浦源133的泵浦光透过折叠反射镜134并聚焦于YVO4激光晶体119的后端面，光纤耦合泵浦源120的泵浦光透过折叠反射镜121并聚焦于YVO4激光晶体122的前端面，光纤耦合泵浦源136的泵浦光透过折叠反射镜135并聚焦于YVO4激光晶体1222的后端面；所述调Q开关模组包括声光调Q开关123，位于激光谐振腔内，固定于基板上，空间位置经过精细调整，使得调Q效果最佳，在必要时为了加大调Q关断能力，可以采用多个调Q开关串联；所述外调制光开关组包括外调制光关开关126和127，位于激光谐振腔外，固定于基板上，空间位置经过精细调整，使得光偏转效果最佳；上面所述各种光学器件调整，均以所述激光谐振腔光轴为基准进行调整，所述基板用于固定上述各种零部件，所述激光控制器用于控制所述基板温度、所述激光晶体组的激光晶体温度、所述泵浦源组的各项泵浦参数以及驱动所述声光调Q开关和外调制光开关组。

本实施例中，所述基频激光晶体为长方体状激光晶体，在其他实施例中，所述基频激光晶体可以是相同或者不同离子掺杂浓度的板条状激光晶体、棒状激光晶体、薄片状激光晶体的任一一种或多种组合。

本实施例中，所述泵浦源模组的泵浦方式为端泵，在其他实施例中也可以是侧泵。

本实施例中，所述调Q开关模组的调Q开关为声光调Q开关，在其他实施例中，也可以是电光调Q开关。

本实施例中，所述外调制光开关为声光调Q开关，在其他实施例中也可以是电光调Q开关、压电陶瓷驱动的机械光开关或高速振镜光开关。

本实施例的工作原理如下：外调制光开关组所述光纤耦合泵浦源组的泵浦光透过腔镜或者折叠反射镜并聚焦于基频激光晶体组中对应晶体端面，在多端泵浦光的激励下，所述激光晶体组发生粒子束反转，在所述激光谐振腔能量正反馈作用下，激光在前腔镜112和后腔镜139之间震荡实现激光光放大，往返震荡的基频激光为设计为水平线偏振光，偏振比大于100:1，与激光谐振腔光轴成布儒斯特角度放置的平板玻璃，可以让谐振腔内基频激光几乎无损耗通光，所述倍频激光晶体138置于所述激光谐振腔内，对激光谐振腔内的基频激光进行激光非线性转换，获得倍频激光，经布儒斯特片137表面反射出所述激光谐振腔，所述布儒斯特片137靠近后腔镜139的一面镀有布儒斯特角度的偏振倍频激光全反射膜。在声光调Q开关123的作用下，所述布儒斯特片137输出调Q倍频激光，当声光调Q开关123不工作或者部分锁光条件下，所述布儒斯特片137输出连续倍频激光，所述倍频激光（调Q和连续），经反射镜128反射进入外调制光关开关127和126。

所述激光控制器可以采用内触发信号或者外部信号来驱动所述调Q开关模组和外调制光开关组，所述外部信号为门控开关信号，所述门控开关信号输入到所述激光控制器的门控开关信号接口。当所述调Q开关模组采用激光控制器内触发信号工作时，此时所述外调制光开关组的状态，可以由所述激光控制器内部信号控制，也可以由外部信号控制；当所述调Q开关模组采用激光控制器外部信号触发工作时，所述调Q开关模组和所述外调制光开关组的状态均由外部信号控制。所述外部信号是来源于激光控制器以外的控制信号。当激光器正常工作时，输出调Q脉冲激光时所述外调制光开关127和126处于通光状态，此时激光可以用于激光加工、激光探测、激光曝光等应用；当激光停止输出调Q激光时，所述调Q开关123不再像传统激光器进行完全锁光处理，而是处于非工作状态，此时所述激光谐振腔内布儒斯特片137输出连续倍频激光，或者降低调Q开关123的锁光功率进行非完全锁光，此时所述激光谐振腔内布儒斯特片137输出相对低功率的连续倍频激光；此时所述外调制光关开关127和126处于工作状态，把所述激光谐振腔内布儒斯特片137输出的连续倍频激光进行偏转或者关断或者衰减，使得所述连续倍频激光不对待加工对象形成损伤。当激光器需要再次输出调Q激光时，在对应控制信号作用下，所述外调制光开关组处于通光状态，所述调Q开关模组处于调Q状态，激光器输出调Q脉冲激光。

本实施例中，所述泵浦源组的光纤耦合泵浦源111、129、114、131、117、133、120、136的泵浦功率均为30W的808nm激光，在对应泵浦的激光晶体的端面聚焦光斑1mm，100KHz调Q时输出述激光谐振腔内布儒斯特片137输出70W调Q倍频激光，当激光焦点进行位置切换时，激光器需要短暂停止出光，此时，如果所述调Q开关123完全不工作状态，那么所述激光谐振腔内布儒斯特片137输出连续倍频激光功率达30W，此时如果所述调Q开关123进行部分锁光处理，增大了激光谐振腔的传输损耗，所述激光谐振腔内布儒斯特片137输出连续倍频激光激光功率降低为15W，此时，所述激光晶体组内部的热负荷变化在可承受范围内（具体承受范围与激光谐振腔设计等因素相关），此时所述外调制光关开关126和127处于工作状态，每一个声光调制开关偏转效率90%，这样把所述基频连续激光的99%的功率偏离出正常光路，只剩下150mw的连续激光透射出去，这对于大部分应用，例如陶瓷等脆硬材料的加工没有影响，如果需要进一步降低透射的连续功率，可以进一步串联声光调制开关，或者改为电光调制开关或者其他高速机械开关均可以。

实际激光谐振腔由于具体的需要，可能需要增加一些光阑、棱镜、透镜、反射镜等，但是不影响本发明方法的应用。

上述实施例1到6只是本发明的六个典型的应用，实际上其原理应用不限于上面所述情形，例如，由于需要与激光谐振腔内部调Q开关模组的工作时序相配合，即使把外部高速调制光开关置于激光谐振腔的密封壳体外部，外调制光开关组也在本发明技术方案范围；另例如，对于皮秒激光器，在不需要出激光进行激光加工时，种子激光注入由脉冲变为连续种子激光，在后续放大器后面加入外部调制高速光开关也可以实现皮秒激光器的快速功率响应。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高激光热响应速度的方法，包括以下步骤：

（1）将激光谐振腔、激光晶体组、调Q开关模组、外调制光开关组均安装在基板上，所述激光晶体组至少一侧设置有泵浦源；所述激光谐振腔包括前腔镜、后腔镜，所述激光谐振腔用于对所述激光谐振腔内激光振荡实现光学正反馈；所述激光晶体组包括一个激光晶体或者两个以上激光晶体的串联组合；所述激光晶体组中包括至少一个基频激光晶体，所述基频激光晶体设置在所述激光谐振腔内；所述泵浦源组用于对激光晶体组的基频激光晶体进行泵浦，使所述基频激光晶体实现粒子数反转；所述调Q开关模组设置于所述激光谐振腔内，用于对所述激光谐振腔内的激光调Q以产生调Q激光；所述外调制光开关组设置在所述激光谐振腔外，用于对传输到其上的连续激光进行关断或衰减；

（2）通过激光控制器设置基板的温度、所述激光晶体组中激光晶体的温度和所述泵浦源组的泵浦参数，所述激光谐振腔输出连续激光；

（3）通过激光控制器控制所述调Q开关模组，使所述激光谐振腔输出调Q激光；通过激光控制器或者外部信号控制所述外调制光开关组处于通光状态，所述调Q激光透过所述外调制光开关组后形成激光输出；

（4）当停止使用所述调Q激光时，所述激光控制器关闭所述调Q开关或降低所述调Q开关的调Q锁光功率，此时所述激光谐振腔输出的连续激光进入所述外调制光开关组；所述激光控制器或者外部信号控制所述外调制光开关组处于工作状态，所述外调制光开关组对所述连续激光进行关断或者衰减处理；

（5）当再次需要调Q激光输出时，外调制光开关处于通光状态，所述调Q开关模组对激光谐振腔的激光进行调Q，所述激光谐振腔输出调Q激光。

2.根据权利要求1所述的提高激光热响应速度的方法，其特征在于：所述激光谐振腔还包括至少一个光学反射元件，所述光学反射元件用于反射所述基频激光或/和对泵浦源激光波长进行透射；所述光学反射元件设置在所述泵浦源和所述激光晶体组之间；当所述泵浦源为一个时，所述泵浦源设置在所述激光晶体组的一侧；或当所述泵浦源为两个时，所述泵浦源为分别设置在所述激光晶体组的两端。

3.根据权利要求1或2所述的提高激光热响应速度的方法，其特征在于：所述激光晶体组的基频激光晶体为相同或者不同离子掺杂浓度的长方体状激光晶体、棒状激光晶体、板条激光晶体、薄片激光晶体的任意一种或组合；所述激光晶体组还包含非线性激光晶体，所述非线性激光晶体用于对激光波长进行非线性频率转换。

4.根据权利要求3所述的提高激光热响应速度的方法，其特征在于：所述非线性激光晶体设置在所述激光谐振腔的内部或者外部。

5.根据权利要求3所述的提高激光热响应速度的方法，其特征在于：所述调Q开关模组包括至少一个调Q开关，所述调Q开关为声光调Q开关或电光调Q开关；所述外调制光开关组包括至少一个外调制光开关，所述外调制光开关为声光调Q开关、电光调Q开关，压电陶瓷驱动的机械光开关或高速振镜光开关的一种或者组合。

6.根据权利要求3所述提高激光热响应速度的方法，其特征在于：所述泵浦源的泵浦方式为端泵或侧泵。

7.一种多端泵浦固体激光器,其特征在于：所述多端泵浦固体激光器包括权利要求1—6任一所述的激光谐振腔、激光晶体组、泵浦源组、调Q开关模组、外调制光开关组、激光控制器和基板，所述泵浦源组包括至少三个泵浦源；

所述激光谐振腔为折叠激光谐振腔，所述折叠激光谐振腔包括前腔镜、后腔镜和至少两个反射镜，所述折叠激光谐振腔用于对所述激光谐振腔内激光振荡实现光学正反馈；

所述激光晶体组至少包含两个光束传输串联的基频激光晶体,所述基频激光晶体设置在所述激光谐振腔内；每个所述基频激光晶体的至少一侧设置有一个泵浦源,用于对相应的基频激光晶体进行泵浦，使所述基频激光晶体实现粒子数反转；每个所述泵浦源与相应的基频激光晶体之间均设置一个反射镜,所述反射镜用于对经泵浦产生的基频激光反射或/和对泵浦源激光波长进行透射；

所述调Q开关模组位于所述激光谐振腔内，用于对所述激光谐振腔内的激光调Q以产生调Q激光；

所述外调制光开关组位于所述激光谐振腔外，用于对传输到其上的连续激光进行关断或衰减；

激光控制器用于控制所述基板的温度、所述激光晶体组中激光晶体的温度、所述泵浦源组的泵浦参数、所述调Q开关模组的状态和/或所述外调制光开关组的状态。

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