CN106299994B - 一种脉冲激光装置 - Google Patents

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Abstract

一种脉冲激光装置，包括第一脉冲激光器和第二脉冲激光器，分别位于第一脉冲激光器出光口处的第一机械式开关和位于第二脉冲激光器出光口处的第二机械式开关，还包括分别与第一脉冲激光器和第二脉冲激光器以及第一机械式开关和第二机械式开关电性连接并对其进行控制的脉冲延时发生器，还包括合束器；其中所述两个机械式开关的开启程度都是多档式的，其中档数至少为2个，通过设定两个脉冲激光器的输出时刻之间的时间差来决定两个脉冲之间的交叠情况，通过设定两个机械式开关的开启时刻与相应的脉冲激光器输出的时刻之差来决定脉冲的长度，通过设定两个机械式开关的开启的程度来决定脉冲幅度。

Description

一种脉冲激光装置
技术领域
本发明涉及一种脉冲激光装置，属于光电子技术领域。
背景技术
现有技术中的激光束一般分为两种，一种连续性的，一种是脉冲式的。脉冲式的激光束具有功率大，时间可控性高等优点而被广泛采用。脉冲激光束一般由调Q激光器产生，通过调Q技术，目前可产生微秒，纳秒，飞秒等脉冲长度的激光束，其中的功率强度在使用一些特定的方式之后也能实现调节，但是，这些调节都是非常有限的，例如只能简单调节脉冲的脉宽，或者简单调节输出强度，如果想输出一些特定要求的脉冲激光束则通常需要两个脉冲的叠加，这两个脉冲或者来自于同一个激光器，或者来自于两个激光器，通过精确的控制两个脉冲时序，这样就能实现两个脉冲在空间上的完全重合，或者部分重合，从而能够得到一些特定脉冲结构。例如如图1所示，通过精确的控制如图1中两个脉冲1.1之间的时差，从而实现两个脉冲1.1的部分重叠，这样就能够得到脉冲1.2，很显然，脉冲1.2就具有了一个特殊的形状，该特殊的形状可以满足一下特定的需求。但是，这种简单的叠加控制方式仅能得到如图1中的脉冲1.2所示的这种简单变型的脉冲结构，如果想得到如图2中的脉冲2.2则就不能实现了，也即使用现有技术无论叠加多少个脉冲2.1都不可能得到脉冲2.2，但是在很多情形下，我们需要这样的脉冲结构，也即需要更加灵活多变的脉冲形状。
另外，在现有技术中还有一种认为就是机械式的开关或截止器不能用于脉冲的截断或阻挡，因为机械式的开关或截止器动作时间相对于常用的纳秒或飞秒脉冲来说太慢了，机械式的开关或截止器，其动作时间至少也得微秒量级，当使用机械式的开关来对纳秒脉冲来进行作用时，就好比耕牛的速度和流星的速度进行对比，这也导致机械式的开关或截止器无法在脉冲的整形或组合上发挥作用，但是机械式的开关具有成本低，简单易控制等诸多优点。
发明内容
本发明就是针对上述问题提出来的，提供了一种脉冲激光装置，该激光装置能够利用现有技术中简单易控的，成本低的机械式开关来实现基本上任意形状的脉冲整形或成型，很好的克服了现有技术中的偏见，并且以低廉的手段解决了不能实现任意脉冲形状的困难。
根据本发明的一实施例，一种脉冲激光装置，包括第一脉冲激光器和第二脉冲激光器，分别位于第一脉冲激光器出光口处的第一机械式开关和位于第二脉冲激光器出光口处的第二机械式开关，还包括分别与第一脉冲激光器和第二脉冲激光器以及第一机械式开关和第二机械式开关电性连接并对其进行控制的脉冲延时发生器，还包括合束器；其中所述两个机械式开关的开启程度都是多档式的，其中档数至少为2个，通过设定两个脉冲激光器的输出时刻之间的时间差来决定两个脉冲之间的交叠情况，通过设定两个机械式开关的开启时刻与相应的脉冲激光器输出的时刻之差来决定脉冲的长度，通过设定两个机械式开关的开启的程度来决定脉冲幅度。
根据本发明的另一实施例，脉冲延时发生器对于任一脉冲激光器脉冲发生时刻的控制通过两个控制信号来完成，一个控制信号用于控制泵浦光的点亮时刻，另外一个控制信号用于控制Q开关的打开，通过这两个控制信号的协同配合，可以在想要的时刻输出最强的脉冲激光束。
根据本发明的另一实施例，所述第一和第二机械式开关是圆形的2档式开关。
根据本发明的另一实施例，所述第一和第二机械式开关是矩形的3档式开关。
根据本发明的另一实施例，还包括第三脉冲激光器和第三机械式开关。
根据本发明的一实施例，提供了一种控制脉冲激光装置出光的方法，首先根据最终脉冲的形状设定第一脉冲激光器和第二脉冲激光器的输出时刻，使得两者之间具有第一时间差，该第一时间差决定这两个脉冲激光器输出的脉冲激光之间是否存在重叠以及重叠多少；然后根据最终脉冲的形状设定第一机械式开关开启时刻与第一脉冲激光器脉冲输出时刻之间的时间差，同时还设定第一机械式开关的开启的程度；然后再设定第二机械式开关开启时刻与第二脉冲激光器脉冲输出时刻之间的时间差，同时还设定第二机械式开关的开启的程度。
根据本发明的一实施例，所述第一机械式开关和第二机械式开关的开启的程度为二分之一开启。
根据本发明的一实施例，所述第一机械式开关和第二机械式开关的开启的程度为三分之一开启。
根据本发明的一实施例，所述第一机械式开关和第二机械式开关的开启的程度为三分之二开启。
根据本发明的一实施例，所述第一机械式开关和第二机械式开关的开启的程度为全部开启。
附图说明
附图1是现有技术中的一种简单的成型的脉冲示意图；
附图2是本发明中的脉冲激光装置能够成型的脉冲示意图；
附图3是本发明脉冲激光装置一实施例的组成示意图。
附图4是本发明脉冲激光装置中所使用的机械式开关的一实施例示意图；
附图5a是本发明脉冲激光装置中所使用的机械式开关的另一实施例的示意图；
附图5b是本发明脉冲激光装置中所使用的机械式开关的另一实施例的示意图；
具体实施方式
下面将在结合附图的基础上详细描述本发明的脉冲激光装置。
附图3示出了本发明的一个实施例。该脉冲激光装置包括第一脉冲激光器3.1和第二脉冲激光器3.2，分别位于第一脉冲激光器3.1出光口处的第一机械式开关3.4和位于第二脉冲激光器3.2出光口处的第二机械式开关3.5，还包括分别与第一脉冲激光器3.1和第二脉冲激光器3.2以及第一机械式开关3.4和第二机械式开关3.5电性连接并对其进行控制的脉冲延时发生器3.3，还包括合束器3.6。其中第一脉冲激光器3.1和第二脉冲激光器3.2可为相同或不同的激光器，这两个脉冲激光器由脉冲延时发生器3.3进行控制，也即脉冲延时发生器可以精确控制两个激光器的脉冲激光射出时刻，该时刻至少可以精确到零点几个纳秒(这样就能实现对纳秒级脉冲的控制)。其中脉冲延时发生器对于脉冲激光器脉冲发生时刻的控制通过两个控制信号来完成，一个控制信号用于控制泵浦光的点亮时刻，另外一个控制信号用于控制Q开关的打开，通过这两个控制信号的协同配合，可以在想要的时刻输出最强的脉冲激光束。其中脉冲延时发生器可以选择DG535，这属于从市场可简单易得的产品。当然，具有相同功能的其他仪器也是可以的，并不限于该仪器作为脉冲延时发生器。
下面重点介绍本发明采用的机械式开关，也即第一机械式开关3.4和第二机械式开关3.5，本发明采用的第一机械式开关3.4和第二机械式开关3.5必须是完全相同的开关，也即要求是相同型号的，两者在对控制信号的响应上保持相同的速度。下面结合附图4和5来详细说明本发明所采用的机械式开关的结构。如图4所示，其示出了本发明所采用的机械式开关的一实施例，其中该机械式开关为圆形，当开关落下的时候，光路被遮挡，没有光透过，当开关上升后，光路没有遮挡，光能透过。这种开关属于本领域非常常用的一种机械式开关。本发明的机械式开关特殊在于本申请所采用的机械式开关是分级的，例如图4所示出的圆形机械式开关，该开关打开或关闭程度分为两个层级，第一层级是只打开一半，第二层级是全部打开，每个层级均可单独实现，也即一个控制信号可实现只打开或关闭一半，而另外一个控制信号则可实现全部打开或关闭，而不需要先打开或关闭一半然后才能实现全部打开或关闭。
如图5所示，示出了本发明所采用的机械式开关的另一实施例，其中的机械式开关都是矩形的结构。其中图5a和图5b都是三段式的矩形开关，两者的区别仅在于图5a的三段式是非均匀的三段，其中中间的那段占比最大，而图5b的开关则是均匀的三段。
本发明的机械式开关要求都是多档式的，其中的档数至少为两个，两个的情况也即图4示出的实施例。
下面来说明本发明的工作原理。利用脉冲延时发生器通过与第一脉冲激光器，第二脉冲激光器，第一机械式开关，第二机械式开关电连接实现对这些部件的控制。通过设置脉冲延时发生器各个通道的控制信号发出时刻就可以实现如图2所示的脉冲结构。首先根据最终脉冲的形状设定控制第一脉冲激光器和第二脉冲激光器的控制信号的输出时刻，使得两者之间具有一定的时间差，该时间差即能决定由这两个脉冲激光器所输出的两个脉冲激光之间的时间差，该时间差的大小能够决定这两个脉冲之间是否存在重叠以及重叠多少。然后根据最终脉冲的形状设定第一机械式开关开启时刻与第一脉冲激光器脉冲激光输出时刻之间的时间差，同时还设定第一机械式开关的开启的程度，对于图4示出的实施例来说，就是选择开启一半或者全部开启，对于图5示出的实施例来说，就是选择开启三分之一、三分之二或者全部开启。然后再设定第二机械式开关开启时刻与第二脉冲激光器脉冲激光输出时刻之间的时间差，同时还设定第二机械式开关的开启的程度。其中机械式开关开启的时刻与脉冲激光输出的时刻之间的时间差决定了透过该机械式开关的脉冲长度，而开启的程度则决定了透过的光强度。如果开启一半，那么有一半的光强被阻挡，如果开启三分之二则会阻挡三分之一，如果全部开启，则可以透过全部的光强。根据最终所需要的脉冲的形状，可对上述参数进行控制，从而能够组合出任意想要的脉冲形状。
总体上来说，两个脉冲激光输出时刻之间的时间差决定了两个脉冲之间的交叠情况，机械式开关的开启时刻与脉冲激光输出的时刻之差决定了脉冲的长度，而机械式开关的开启的程度决定了脉冲幅度。通过两个脉冲激光器，两个机械式开关上述三个参数的控制可得到任意形状的脉冲形状。
上述的实施例仅是以两台脉冲激光器和两个机械式开关来说明的，可以理解的是，三台脉冲激光器和三个机械式开关，以及大于数量三的任意数量都是可以的，并且可以预见的是，数量越多可以组合而成的脉冲形状就可以越复杂。
以上只是针对该发明的具体说明，但是并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员预知的变形均处于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种脉冲激光装置，包括第一脉冲激光器和第二脉冲激光器，分别位于第一脉冲激光器出光口处的第一机械式开关和位于第二脉冲激光器出光口处的第二机械式开关，还包括分别与第一脉冲激光器和第二脉冲激光器以及第一机械式开关和第二机械式开关电性连接并对其进行控制的脉冲延时发生器，还包括合束器；其中所述两个机械式开关的开启程度都是多档式的，其中档数至少为2个，所述两个机械式开关是分级的，每个层级可单独实现，且所述两个机械式开关是完全相同的开关；通过设定两个脉冲激光器的输出时刻之间的时间差来决定两个脉冲之间的交叠情况，通过设定两个机械式开关的开启时刻与相应的脉冲激光器输出的时刻之差来决定脉冲的长度，通过设定两个机械式开关的开启的程度来决定脉冲幅度；首先根据最终脉冲的形状设定第一脉冲激光器和第二脉冲激光器的输出时刻，使得两者之间具有第一时间差，该第一时间差决定这两个脉冲激光器输出的脉冲激光之间是否存在重叠以及重叠多少；然后根据最终脉冲的形状设定第一机械式开关开启时刻与第一脉冲激光器脉冲输出时刻之间的时间差，同时还设定第一机械式开关的开启的程度；然后再设定第二机械式开关开启时刻与第二脉冲激光器脉冲输出时刻之间的时间差，同时还设定第二机械式开关的开启的程度。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光装置，其特征在于：脉冲延时发生器对于任一脉冲激光器脉冲发生时刻的控制通过两个控制信号来完成，一个控制信号用于控制泵浦光的点亮时刻，另外一个控制信号用于控制Q开关的打开，通过这两个控制信号的协同配合，可以在想要的时刻输出最强的脉冲激光束。
3.根据权利要求1或2所述的脉冲激光装置，其特征在于：所述第一和第二机械式开关是圆形的2档式开关。
4.根据权利要求1或2所述的脉冲激光装置，其特征在于：所述第一和第二机械式开关是矩形的3档式开关。
5.根据权利要求1所述的脉冲激光装置，其特征在于：还包括第三脉冲激光器和第三机械式开关。
6.根据权利要求1所述的脉冲激光装置，其特征在于：所述第一机械式开关和第二机械式开关开启的程度为二分之一开启。
7.根据权利要求1所述的脉冲激光装置，其特征在于：所述第一机械式开关和第二机械式开关开启的程度为三分之一开启。
8.根据权利要求1所述的脉冲激光装置，其特征在于：所述第一机械式开关和第二机械式开关开启的程度为三分之二开启。
9.根据权利要求1所述的脉冲激光装置，其特征在于：所述第一机械式开关和第二机械式开关开启的程度为全部开启。
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