CN105552703A - 调节激光放大器输出能量的方法与装置 - Google Patents

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唐熊忻
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    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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Abstract

本发明实施例公开了一种调节激光放大器输出能量的方法与装置，该方法包括：设置激光放大器，该激光放大器包括用于输出种子光的种子光源、以及对种子光进行放大的至少一级放大器；采用波形监测单元监测种子光脉冲波形和各级放大器的光脉冲波形的时间关系；采用能量测量单元测量激光放大器的输出能量；根据能量测量单元测量到的输出能量和波形监测单元监测到的时间关系，采用同步单元改变至少一级放大器的光脉冲波形的时间位置，以改变激光放大器的输出能量。本发明实施例因为工作电流恒定，热透镜、热致退偏等热效应恒定，不会影响激光光束通过后续的光学元件，不会劣化输出激光的光束质量。

Description

调节激光放大器输出能量的方法与装置
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种调节激光放大器输出能量的方法与装置。
背景技术
大型复杂激光器中，对激光放大器输出能量的调节，主要依靠调节激光放大器的工作电流来实现对其增益能力的调节。
但是，在不同工作电流下，激光放大器的工作物质产生的热量不同。激光放大器的工作物质产生的热量呈空间分布，导致晶体内形成径向的温度梯度变化，进而形成径向应力空间分布。径向的温度梯度会使激光棒内沿半径方向的折射率发生变化，使激光棒在光学上表现为一个梯度折射率透镜，即产生热透镜效应。激光工作物质在不同电流下具有不同的热透镜焦距，对激光光束通过后续的光学元件带来影响，最终对输出光束的光束质量带来影响。例如：在大型复杂激光系统中需要用到空间滤波器，不同的工作电流对应激光放大器不同的热焦距，也就导致空间滤波器小孔位置并非光束焦点，直接导致光束质量劣化，这种劣化是无法通过技术手段弥补的。
另一方面，在不同工作电流下，激光放大器的工作物质的热量空间分布形态不同，导致激光器输出光束的形态不同，从而影响激光器输出光束的一致性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种新型的调节激光放大器输出能量的方法与装置，能够避免因调节激光放大器的工作电流来改变激光放大器的输出能量而引起的问题
本发明实施例提供一种调节激光放大器输出能量的方法，该方法包括：设置激光放大器，该激光放大器包括用于输出种子光的种子光源、以及对种子光进行放大的至少一级放大器；采用波形监测单元监测种子光脉冲波形和各级放大器的光脉冲波形的时间关系；采用能量测量单元测量激光放大器的输出能量；根据能量测量单元测量到的输出能量和波形监测单元监测到的时间关系，采用同步单元改变至少一级放大器的光脉冲波形的时间位置，以改变激光放大器的输出能量。
本发明实施例还提供一种调节激光放大器输出能量的装置，包括：激光放大器，包括用于输出种子光的种子光源、以及对种子光进行放大的至少一级放大器；波形监测单元，用于监测种子光脉冲波形和各级放大器的光脉冲波形的时间关系；能量测量单元，用于测量激光放大器的输出能量；同步单元，用于改变至少一级放大器的光脉冲波形的时间位置，以改变激光放大器的输出能量。
其中，采用同步单元改变每一级放大器的光脉冲波形的时间位置，以改变激光放大器的输出能量。
其中，各级放大器工作在额定电流的90％以下。
与现有技术相比，本发明实施例包括如下有益效果：
本发明实施例中，根据能量测量单元测量到的输出能量和波形监测单元监测到的时间关系，采用同步单元改变至少一级放大器的光脉冲波形的时间位置，来改变激光放大器的输出能量。由此可见，与现有技术相比，本发明实施例提供了一种新型的调节激光放大器输出能量的方法与装置，能够避免因调节激光放大器的工作电流来改变激光放大器的输出能量而引起的问题，而因为工作电流恒定，热透镜、热致退偏等热效应恒定，不会影响激光光束通过后续的光学元件，不会劣化输出激光的光束质量。
附图说明
图1是种子光脉冲波形和一放大器的泵浦光脉冲波形的一种时间关系的示意图；
图2是种子光脉冲波形和一放大器的泵浦光脉冲波形的另一种时间关系的示意图；
图3是种子光脉冲波形和一放大器的泵浦光脉冲波形的另一种时间关系的示意图；
图4是本发明实施例中调节激光放大器输出能量的装置的一个实施例的结构示意图；
图5是图4实施例中种子光脉冲波形和各级放大器的泵浦光脉冲波形的一种时间关系的示意图；
图6是图4实施例中经同步单元改变后的，种子光脉冲波形和放大器的泵浦光脉冲波形的一种时间关系的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。
实施例一
为便于理解，在说明本发明实施例的具体实施例之前，先说明种子光脉冲波形和放大器的泵浦光脉冲波形的时间关系，对种子光能量放大的影响。
请参阅图1与图2，图1是种子光脉冲波形和一放大器的泵浦光脉冲波形的一种时间关系的示意图；图2是种子光脉冲波形和一放大器的泵浦光脉冲波形的另一种时间关系的示意图；图3是种子光脉冲波形和一放大器的泵浦光脉冲波形的另一种时间关系的示意图。
如图1所示，坐标轴的横轴表示时间，纵轴表示脉冲强度。种子光脉冲波形在放大器的泵浦光脉冲的时间宽度之前，此时种子光没有来得及吸收能量就已经经过放大器，种子光源的能量不会增加。
如图2所示，当种子光脉冲波形在放大器的泵浦光脉冲的时间宽度的末尾，此时种子光能最大限度的吸收放大器的能量，种子光的能量增加值达到最大。由于放大器的工作物质有荧光寿命(关于荧光寿命，当某种物质被一束激光激发后，该物质的分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态上，再以辐射跃迁的形式发出荧光回到基态。当激发停止后，分子的荧光强度降到激发时最大强度的1/e所需的时间称为荧光寿命，即自由离子或晶体中离子的能级寿命，它表示粒子在激发态存在的平均时间。)，因此，种子光脉冲波形不能在放大器的泵浦光脉冲的时间宽度的末尾的后面。
可以理解的是，当种子光脉冲波形在放大器泵浦光脉冲时间宽度的中部，如图3所示，此时种子光的能量增加值在最大和最小之间。
请参阅图4，图4是本发明实施例中调节激光放大器输出能量的装置的一个实施例的结构示意图。如图4所示，调节激光放大器输出能量的装置140包括激光放大器110、波形监测单元120、能量测量单元130和同步单元140。
激光放大器110包括用于输出种子光的种子光源、以及对种子光进行放大的至少一级放大器；波形监测单元120用于监测种子光脉冲波形和各级放大器的光脉冲的时间关系；能量测量单元130用于测量激光放大器110的输出能量；同步单元140用于根据能量测量单元130测量到的输出能量和波形监测单元120监测到的时间关系改变至少一级放大器的光脉冲的时间位置，以改变激光放大器的输出能量。
结合图4，本发明实施例中调节激光放大器输出能量的方法的一个实施例包括如下步骤：
步骤1、设置激光放大器110，该激光放大器包括用于输出种子光的种子光源、以及对种子光进行放大的至少一级放大器，各级放大器之间串联；
步骤2、采用波形监测单元120监测种子光脉冲波形和各级放大器的光脉冲波形的时间关系；
图4实施例中种子光脉冲波形和各级放大器的泵浦光脉冲波形的一种时间关系如图5所示。
步骤3、采用能量测量单元130测量激光放大器110的输出能量；
能量测量单元130与最后一个放大器N的输出连接，测量整个激光放大器110的输出能量。
步骤4、根据能量测量单元130测量到的输出能量和波形监测单元120监测到的时间关系，采用同步单元140改变至少一级放大器的光脉冲的时间位置，以改变激光放大器110的输出能量。
由图1-图3的说明知道，种子光脉冲波形和放大器的泵浦光脉冲波形的时间关系不同，种子光经放大器放大后的能量增加值也不同。因此，可以根据能量测量单元130测量到的输出能量与目标能量的差距，并参考波形监测单元120监测到的时间关系，采用同步单元140改变至少一级放大器的光脉冲的时间位置，来改变种子光脉冲波形和放大器的泵浦光脉冲波形的时间关系，从而改变激光放大器110的输出能量，获得目标能量。图4实施例中经同步单元改变后的，种子光脉冲波形和放大器的泵浦光脉冲波形的一种时间关系如图6所示。
可以采用同步单元改变各级放大器中的其中一个放大器的光脉冲的时间位置，也可以改变多个放大器的光脉冲的时间位置，也可以改变每一级放大器的光脉冲的时间位置，以改变激光放大器的输出能量。
优选地，各级放大器工作在额定电流的90％以下，以使得放大器有输出最大能量的能力。例如放大器1的额定电流是200A，则放大器1的工作电流设置为180A。
本发明实施例中，根据能量测量单元测量到的输出能量和波形监测单元监测到的时间关系，采用同步单元改变至少一级放大器的光脉冲波形的时间位置，来改变激光放大器的输出能量。由此可见，与现有技术相比，本发明实施例提供了一种新型的调节激光放大器输出能量的方法与装置，能够避免因调节激光放大器的工作电流来改变激光放大器的输出能量而引起的问题，而因为工作电流恒定，热透镜、热致退偏等热效应恒定，不会影响激光光束通过后续的光学元件，不会劣化输出激光的光束质量。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种调节激光放大器输出能量的方法，其特征在于，包括：
设置激光放大器，该激光放大器包括用于输出种子光的种子光源、以及对所述种子光进行放大的至少一级放大器；
采用波形监测单元监测所述种子光脉冲波形和各级放大器的光脉冲波形的时间关系；
采用能量测量单元测量所述激光放大器的输出能量；
根据所述能量测量单元测量到的输出能量和所述波形监测单元监测到的时间关系，采用同步单元改变至少一级放大器的光脉冲波形的时间位置，以改变所述激光放大器的输出能量。
2.根据权利要求1所述的调节激光放大器输出能量的方法，其特征在于，采用同步单元改变每一级放大器的光脉冲波形的时间位置，以改变所述激光放大器的输出能量。
3.根据权利要求1所述的调节激光放大器输出能量的方法，其特征在于，所述各级放大器工作在额定电流的90％以下。
4.一种调节激光放大器输出能量的装置，其特征在于，包括：
激光放大器，包括用于输出种子光的种子光源、以及对所述种子光进行放大的至少一级放大器；
波形监测单元，用于监测所述种子光脉冲波形和各级放大器的光脉冲波形的时间关系；
能量测量单元，用于测量所述激光放大器的输出能量；
同步单元，用于根据所述能量测量单元测量到的输出能量和所述波形监测单元监测到的时间关系，改变至少一级放大器的光脉冲波形的时间位置，以改变所述激光放大器的输出能量。
5.根据权利要求4所述的调节激光放大器输出能量的装置，其特征在于，所述同步单元用于改变每个放大器的光脉冲波形的时间位置，以改变所述激光放大器的输出能量。
6.根据权利要求4所述的调节激光放大器输出能量的装置，其特征在于，所述各级放大器工作在额定电流的90％以下。
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