CN105977777B - 一种更换sesam工作点方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的方法及相关设备，利用位置调整机构对SESAM和SESAM前反射镜的反射角度进行调节，每次更换工作点只需要SESAM转动第一角度和SESAM前反射镜转动第二角度即可，操作简单、不需要打开激光器就可实现SESAM工作点的更换，保证激光器内部器件的洁净度。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的方法及相关设备。
背景技术
产生激光超短脉冲的技术常称为锁模技术，实现锁模的方法有很多种，但一般可以分成两大类：即主动锁模和被动锁模。主动锁模指的是通过由外部向激光器提供调制信号的途径来周期性地改变激光器的增益或损耗从而达到锁模目的；而被动锁模则是利用材料的非线性吸收或非线性相变的特性来产生激光超短脉冲，SESAM(中文：半导体可饱和吸收镜，英文：Semiconductor Saturable Absorber Mirror)锁模技术已成为获得超短(皮秒、飞秒)激光脉冲的主要途径。
由于SESAM工作时承载的激光脉冲的峰值功率密度已接近于本身的损伤阈值，因而极易被损伤，损伤后的SESAM无法继续产生超短脉冲。因为SESAM的工作面积大于光脉冲损伤面积，可通过更换SESAM的工作点来延长SESAM的工作寿命，图1中展示了一种典型的使用SESAM锁模技术的全固态激光器光学实施方案，该方案提供的更换SESAM工作点的方法为：首先在激光晶体后插入输出镜，调节输出镜角度形成谐振腔输出激光，利用该激光作为指示光，调整SESAM前反射镜M3避开SESAM上的损伤点。粗调SESAM角度使指示光沿原光路返回，取出输出镜精细调整SESAM角度，优化激光器输出功率和输出波形。
可见，现有更换SESAM工作点方法的缺点是操作时需要激光器提供激光、操作复杂、更换时间长、还有可能污染激光器内部的光学元器件。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点方法及相关设备。
一种更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的装置，包括：
SESAM、SESAM前反射镜、位置调整机构以及控制器；
所述SESAM前反射镜，用于将激光器生成的激光反射到所述半导体可饱和吸收镜；
所述半导体可饱和吸收镜，用于为所述激光提供工作点；
所述位置调整机构包括与所述半导体可饱和吸收镜连接到的第一位置调整组件及与所述SESAM前反射镜连接第二位置调整组件；
所述控制器，用于控制所述第一位置调整组件使所述SESAM第一角度，控制所述第二位置调整组件使所述SESAM前反射镜转动第二角度，以完成工作点的更换，其中，所述第一角度为所述第二角度的二倍，所述第一角度根据所述激光在所述半导体可饱和吸收镜上的光斑直径以及所述半导体可饱和吸收镜和所述SESAM前反射镜之间的直线距离确定。
可选地、所述第一角度由下式确定：
其中，θ为所述第一角度，d为所述激光在所述SESAM上的光斑直径，L为所述SESAM和所述SESAM前反射镜之间的直线距离。
可选地、所述第一位置调整组件和所述第二位置调整组件为伺服电机组件或压电陶瓷组件。
一种更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的方法，包括：
根据激光在SESAM上的光斑直径以及所述SESAM和SESAM前反射镜之间的直线距离确定光路偏移角度；
控制所述SESAM在第一位置调整组件的带动下转动所述光路偏移角度并控制所述SESAM前反射镜在第二位置调整组件的带动下转动所述光路偏移角度的一半，以完成工作点的更换。
可选地、所述根据激光在半导体可饱和吸收镜上的光斑直径以及所述半导体可饱和吸收镜和SESAM前反射镜之间的直线距离确定光路偏移角度包括：
获取所述激光在所述半导体可饱和吸收镜SESAM上的光斑直径；
获取所述半导体可饱和吸收镜和SESAM前反射镜之间的直线距离；
根据所述光斑直径和所述直线距离确定所述光路偏移角度。
可选地、所述第一角度θ为
其中，d为所述激光在所述半导体可饱和吸收镜上的光斑直径，L为所述半导体可饱和吸收镜和所述SESAM前反射镜之间的直线距离。
可选地、所述第一位置调整组件和所述第二位置调整组件为伺服电机组件或压电陶瓷组件。
一种激光器，所述激光器包括：
泵浦系统、激光晶体、谐振腔以及更换SESAM工作点装置，所述更换SESAM工作点装置为本发明所提供的更换SESAM工作点装置。
一种更换SESAM工作点设备，所述设备包括：
处理器和存储器，其中，
所述存储器中存有计算机可读程序；
所述处理器通过运行所述存储器中的程序，以用于完成更换SESAM工作点。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点方法及相关设备，利用位置调整机构对SESAM和SESAM前反射镜的反射角度进行调节，每次更换工作点只需要SESAM第一角度和SESAM前反射镜转动第二角度即可，操作简单、不需要打开激光器就可实现SESAM工作点的更换，保证激光器内部器件的洁净度。
附图说明
图1是现有技术中一种使用SESAM锁模技术的全固态激光器；
图2是本发明的更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的装置的一种实施例的结构示意图；
图3a是本发明的更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的装置的一种实施例的工作点更换的示意图；
图3b是本发明的更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的装置的一种实施例的SESAM前反射镜的反射路径的示意图；
图3c是本发明的更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的装置的一种实施例的半导体可饱和吸收镜的反射路径的示意图；
图4是本发明的更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的方法的一种实 施例的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
SESAM工作时承载的激光脉冲的峰值功率密度已接近于本身的损伤阈值，因而SESAM极易被损伤，损伤后的SESAM无法继续产生超短脉冲。因为SESAM的工作面积大于激光脉冲损伤面积，可通过更换SESAM的工作点来延长SESAM的工作寿命，将激光脉冲在SESAM上的位置从损伤点进行移动到新的工作点的过程是我们这里要解决的技术问题，下面进行具体介绍。
结合图2所示，本发明提供的更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点装置的一种实施例，包括：
SESAM200、SESAM前反射镜201、位置调整机构以及控制器202；
所述SESAM前反射镜201，用于将激光器生成的激光反射到所述SESAM200；
所述SESAM200，用于为所述激光提供工作点；
所述位置调整机构包括与所述SESAM200连接到的第一位置调整组件203及与所述SESAM前反射镜201连接第二位置调整组件204；
在所述控制器202的控制下，所述第一位置调整组件203使得所述 SESAM200转动第一角度，所述第二位置调整组件使所述SESAM前反射镜转动第二角度，以完成工作点的更换，其中，所述第一角度为所述第二角度的二倍，所述第一角度根据所述激光在所述SESAM上的光斑直径以及所述SESAM和所述SESAM前反射镜之间的直线距离确定。
这里为了方便介绍，只介绍了SESAM的工作点更换的结构，对于激光脉冲的来源并未作限定，只需要将产生激光的装置与本发明提供的装置位置安装好，使得激光脉冲可以经过SESAM前反射镜的反射到SESAM即可，可以理解的是，对于如何产生激光脉冲的过程不进行限定，并且在上一时刻完成工作后，需要更换工作点，可以不需要产生激光脉冲的装置继续提供激光脉冲进行辅助调整，只需要调整所述SESAM和所述SESAM前反射镜的相对位置即可。
可选地，所述第一位置调整组件和所述第二位置调整组件为伺服电机组件或压电陶瓷组件，压电陶瓷组件可以在通电时改变SESAM和SESAM前反射镜的位置，当采用伺服电机组件时候，伺服电机可以采用只留无刷伺服电机，当采用压电陶瓷组件时候，压电陶瓷组件可以包括压电陶瓷安装架，SESAM和SESAM前反射镜可以分别夹持在压电陶瓷安装架上，即SESAM夹持在第一压电陶瓷安装架上，SESAM前反射镜夹持在第二压电陶瓷安装架上，所述第一位置调整组件和所述第二位置调整组件均为直流无刷位置调整组件，具体不做限定。
为了避开SESAM上的损伤点，可通过调整第二位置调整组件来改变SESAM前反射镜的反射角度移动在SESAM上的激光脉冲的光斑位置，同时调整第一位置调整组件来调节SESAM的角度以自动补偿光路偏移。
结合图3a至图3c所示，具体实施方法可以如下：
定义SESAM和SESAM前反射镜之间的直线距离为L，激光脉冲在SESAM上的光斑直径为d，为了完全避开SESAM上的损伤点，移动激光脉冲的光斑的距离至少为2d，则光路H偏移的角度为
如图3a所示；
通过调整调整第二位置调整组件来改变SESAM前反射镜的放射面的放射角度以偏移出射光路，如图3b所示。其中R、R’为SESAM前反射镜的反射面，N、N’分别为SESAM前反射镜的反射面R、R’的法线。由光的反射定 律可知，法线N均分入射光路和出射光路H之间的夹角。当出射光路由H变为H’时偏移角度为θ，法线N和N’之间的夹角为
则SESAM前反射镜的反射面R转动的第二角度为
为了补偿光路偏移带来的谐振腔失谐，需要控制第一位置调整组件转动来调节SESAM的角度，如图3c所示。其中Q、Q’为SESAM的反射面，出射光路H偏移带来SESAM的反射面偏移的角度θ，即需要第一位置调整组件需要带动SESAM转动的第一角度为θ。
为了更好的实现工作点的更换，可以设置时钟，时钟可以单独设置与控制器连接，也可以设置在控制器内中，利用时钟可以周期性的对工作点继续进行自动更换，保证工作点更换的及时性。
为了防止工作点在更换过程中出现重复的情况，可以预先获取SESAM可以容纳的工作点个数，当控制器判断工作点的更换个数达到SESAM可以提供的工作点个数的最大值则提醒用户进行SESAM的更换。
对于SESAM还可以预先配置合适的工作点更换路径，将工作点更换路径储存在控制器中，使得控制器控制第一位置调整组件和第二位置调整组件调整SESAM和SESAM前反射镜的反射角度以实现对工作点的更换，可以将SESAM的利用率提升。
本发明提供的更换SESAM工作点装置，利用位置调整机构对SESAM和SESAM前反射镜的反射角度进行调节，每次更换工作点只需要SESAM转动第一角度和SESAM前反射镜转动第二角度即可，操作简单、不需要打开激光器就可实现SESAM工作点的更换，保证激光器内部器件的洁净度。
前文中介绍了更换SESAM工作点装置，对应的，本文中还介绍基于更换SESAM工作点装置的工作方法，下面进行介绍。
结合图4所示，本发明提供的更换SESAM工作点方法的一种实施例，包括：
S401、根据激光在SESAM上的光斑直径以及所述SESAM和SESAM前反射镜之间的直线距离确定光路偏移角度。
可选地，所述根据激光在SESAM上的光斑直径以及所述SESAM和 SESAM前反射镜之间的直线距离确定光路偏移角度包括：
A1、获取所述激光在所述SESAMSESAM上的光斑直径；
A2、获取所述SESAM和SESAM前反射镜之间的直线距离；
A3、根据所述光斑直径和所述直线距离确定所述光路偏移角度。
S402、控制所述SESAM在第一位置调整组件的带动下转动所述光路偏移角度并控制所述SESAM前反射镜在第二位置调整组件的带动下转动所述光路偏移角度的一半，以完成工作点的更换。
通过调整调整第二位置调整组件来改变SESAM前反射镜的放射面的放射角度以偏移出射光路。其中R、R’为SESAM前反射镜的反射面，N、N’分别为SESAM前反射镜的反射面R、R’的法线。由光的反射定律可知，法线N均分入射光路和出射光路H之间的夹角。当出射光路由H变为H’时偏移角度为θ，法线N和N’之间的夹角为
则SESAM前反射镜的反射面R转动的第二角度为
为了补偿光路偏移带来的谐振腔失谐，需要控制第一位置调整组件转动来调节SESAM的角度。其中Q、Q’为SESAM的反射面，出射光路H偏移带来SESAM的反射面偏移的角度θ，即需要第一位置调整组件需要带动SESAM转动的第一角度为θ。
可选地，所述第一角度θ为
其中，d为所述激光在所述SESAM上的光斑直径，L为所述SESAM和所述SESAM前反射镜之间的直线距离。
本发明提供的更换SESAM工作点的方法，利用位置调整机构对SESAM和SESAM前反射镜的反射角度进行调节，每次更换工作点只需要SESAM转动第一角度和SESAM前反射镜转动第二角度即可，操作简单、不需要打开激光器就可实现SESAM工作点的更换，保证激光器内部器件的洁净度。
本发明还提供了一种激光器，所述激光器包括：
泵浦系统、激光晶体、谐振腔以及更换SESAM工作点装置，所述更换SESAM工作点装置为前面描述的更换SESAM工作点装置。
本发明还提供的一种更换SESAM工作点设备，所述设备包括：
处理器和存储器，其中，
所述存储器中存有计算机可读程序；
所述处理器通过运行所述存储器中的程序，以用于完成前面描述更换SESAM工作点方法。
所述处理器用于：
根据激光在SESAM上的光斑直径以及所述SESAM和SESAM前反射镜之间的直线距离确定光路偏移角度；
将所述光路偏移角度确定为所述SESAM转动的第一角度；
将所述光路偏移角度的一半作为SESAM前反射镜转动的第二角度；
控制所述SESAM在第一位置调整组件的带动下转动第一角度并控制所述SESAM前反射镜在第二位置调整组件的带动下转动第二角度，以完成工作点的更换。
本发明提供的更换SESAM工作点设备，利用位置调整机构对SESAM和SESAM前反射镜的反射角度进行调节，每次更换工作点只需要SESAM转动第一角度和SESAM前反射镜转动第二角度即可，操作简单、不需要打开激光器就可实现SESAM工作点的更换，保证激光器内部器件的洁净度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种更换SESAM工作点方法及相关设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的装置，其特征在于，包括：
SESAM、SESAM前反射镜、位置调整机构以及控制器；
所述SESAM前反射镜，用于将激光器产生的激光反射到所述SESAM上；
所述SESAM，用于为所述激光提供工作点；
所述位置调整机构包括与所述SESAM连接的第一位置调整组件及与所述SESAM前反射镜连接的第二位置调整组件；
所述控制器，用于控制所述第一位置调整组件使所述SESAM转动第一角度，控制所述第二位置调整组件使所述SESAM前反射镜转动第二角度，以完成工作点的更换，其中，所述第一角度为所述第二角度的二倍，所述第一角度是根据所述激光在所述SESAM上的光斑直径以及所述SESAM和所述SESAM前反射镜之间的直线距离确定的；
所述第一角度由下式确定：
其中，θ为所述第一角度，d为所述激光在所述SESAM上的光斑直径，L为所述SESAM和所述SESAM前反射镜之间的直线距离。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一位置调整组件和所述第二位置调整组件为伺服电机组件或压电陶瓷组件。
3.一种更换半导体可饱和吸收镜SESAM工作点的方法，其特征在于，包括：
根据激光在SESAM上的光斑直径以及所述SESAM和SESAM前反射镜之间的直线距离确定光路偏移角度；
控制所述SESAM在第一位置调整组件的带动下转动所述光路偏移角度并控制所述SESAM前反射镜在第二位置调整组件的带动下转动所述光路偏移角度的一半，以完成工作点的更换；
其中，所述根据激光在SESAM上的光斑直径以及所述SESAM和SESAM前反射镜之间的直线距离确定光路偏移角度，包括：
获取所述激光在所述SESAM上的光斑直径；
获取所述SESAM和SESAM前反射镜之间的直线距离；
根据所述光斑直径和所述直线距离确定所述光路偏移角度；
所述根据所述光斑直径和所述直线距离确定所述光路偏移角度包括：
根据下式确定所述光路偏移角度：
其中，θ为所述光路偏移角度，d为所述光斑直径，L为所述直线距离。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一位置调整组件和所述第二位置调整组件为伺服电机组件或压电陶瓷组件。
5.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括：
泵浦系统、激光晶体、谐振腔以及更换SESAM工作点的装置，所述更换SESAM工作点的装置为权利要求1至2中任一项所述的更换SESAM工作点的装置。
6.一种更换SESAM工作点的设备，其特征在于，所述设备包括：
处理器和存储器，其中，所述处理器和所述存储器通过总线系统相连，
所述存储器中存有计算机可读程序；
所述处理器通过运行所述存储器中的所述计算机可读程序，使得所述设备执行上述权利要求3至4任一项所述的方法。
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