CN107579427A - 一种产生不同激光脉宽的方法及激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产生不同激光脉宽的方法及激光器，该方法包括：振荡器产生锁模激光；脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光按照预设的脉冲选择信号进行脉冲选择，输出第一脉宽的激光；通过改变振荡器的腔内环境，振荡器产生连续激光；脉冲选择器对振荡器产生的连续激光按照预设的脉冲调制信号进行脉冲调制，输出第二脉宽的激光。可以分时输出超快激光或者长脉宽激光，在打孔时，可以先产生长脉宽脉冲将孔打穿，然后再产生超快脉冲，对孔进行精修，从而得到高质量的孔壁。本发明不仅具有打孔速度快、孔质量高的优点，并且只需要使用一台激光器，从而不需要将两台激光器光束合束，切换，同时相对于使用两台激光器大大地降低了成本。

Description

一种产生不同激光脉宽的方法及激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种产生不同激光脉宽的方法及激光器。

背景技术

使用激光辐射进行打孔在各种工业应用中具有重要地位。当需要在节能条件下得到较高的深宽比的小孔时，比如在气体涡轮机制造中的冷却小孔，或者在燃料供给系统中的过滤器，都使用了激光。第一种方式，使用脉宽为长脉宽的单脉冲进行激光钻孔或者冲击钻孔，能够速度较高的获得钻孔。但是因为激光加工主要是个加热过程，由高强度的激光脉冲熔化或者汽化的材料在被自己的蒸汽传送出去以前，会在孔壁上凝结或者重铸，导致孔内残留有熔化层。在冲击钻孔中更是如此，在钻孔过程中激光束没有移动，总是打在同一个地方，导致所产生的熔化体积很大，从而打孔精度较低。第二种方式，使用脉宽为短脉宽的脉冲(在飞秒和皮秒量级)进行激光钻孔，所产生的热渗透深度更浅，可以得到熔化层和重铸层极小的高精度孔。但是，由于这类激光器在脉冲能量高的情况下，激光功率不够，使得生产率很低。

目前，为了提高激光打孔速度和打孔精度，现在大部分采用的解决方法为：先用一个长脉冲的激光器，比如纳秒激光器将孔打穿，然后再用一个超短脉冲激光器比如皮秒或者飞秒激光器精修孔壁，从而得到一个高质量的孔。

现有的采用一台长脉冲激光器和一台超快激光器复合打孔的方法，虽然可以提高打孔速度和孔质量，但使用两台激光器需要将两台激光器光束的合束，切换，光路系统复杂，成本高。

发明内容

本发明实施例提供了一种产生不同激光脉宽的方法及激光器，只需要使用一台激光器，从而不需要将两台激光器光束合束，切换，并且相对于使用两台激光器大大的降低了成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种产生不同激光脉宽的方法，该方法包括：

振荡器产生锁模激光；

脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光按照预设的脉冲选择信号进行脉冲选择，输出第一脉宽的激光；

通过改变振荡器的腔内环境，振荡器产生连续激光；

脉冲选择器对振荡器产生的连续激光按照预设的脉冲调制信号进行脉冲调制，输出第二脉宽的激光。

优选地，振荡器产生锁模激光是振荡器由被动锁模产生锁模激光；

通过改变振荡器的腔内环境，振荡器产生连续激光的方法是：向振荡器的腔内插入标准具以抑制锁模激光的产生，产生连续激光。

优选地，振荡器产生锁模激光是振荡器由非线性镜锁模产生锁模激光；

通过改变振荡器的腔内环境，振荡器产生连续激光的方法是：改变非线性镜中倍频晶体的温度，使倍频晶体的温度偏离锁模温度，产生连续激光。

优选地，脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光按照预设的脉冲选择信号进行脉冲选择，输出第一脉宽的激光的具体方法为：脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光进行脉冲选择，输出单个超快脉冲激光或超快脉冲串激光；

脉冲选择器对振荡器产生的连续激光按照预设的脉冲调制信号进行脉冲调制，输出第二脉宽的激光的具体方法为：脉冲选择器对振荡器产生的连续激光进行脉冲调制，输出一个脉宽量级为ns到ms的长脉宽激光。

优选地，脉冲选择器是但不限于声光调制器和电光普克尔盒调制器。

优选地，在输出第一脉宽的激光之后，进一步包括：放大器对脉冲选择器输出的第一脉宽的激光进行放大；

在输出第二脉宽的激光之后，进一步包括：放大器对脉冲选择器输出的第二脉宽的激光进行放大；

其中，放大器是固体放大器，或是光纤放大器，或是固体放大器与光纤放大器的混合。

第二方面，本发明实施例提供了一种产生不同激光脉宽的激光器，该激光器包括：振荡器和脉冲选择器，其中，

振荡器，用于产生锁模激光，以及通过改变振荡器的腔内环境产生连续激光；

脉冲选择器，用于对振荡器产生的锁模激光按照预设的脉冲选择信号进行脉冲选择，输出第一脉宽的激光，以及对振荡器产生的连续激光按照预设的脉冲调制信号进行脉冲调制，输出第二脉宽的激光。

优选地，振荡器，具体用于由被动锁模产生锁模脉激光；

该激光器进一步包括：标准具，用于插入振荡器的腔内，以抑制锁模激光的产生，使振荡器产生连续激光。

优选地，振荡器，具体用于由非线性镜锁模产生锁模激光；

振荡器用于改变非线性镜中倍频晶体的温度，使倍频晶体的温度偏离锁模温度，产生连续激光。

优选地，脉冲选择器，具体用于对振荡器产生的锁模激光进行脉冲选择，输出单个超快脉冲激光或超快脉冲串激光，以及对振荡器产生的连续激光进行脉冲调制，输出一个脉宽量级为ns到ms的长脉宽激光。

优选地，脉冲选择器是但不限于声光调制器和电光普克尔盒调制器。

优选地，该激光器进一步包括：放大器，用于对脉冲选择器输出的第一脉宽的激光进行放大，以及对脉冲选择器输出的第二脉宽的激光进行放大；

其中，放大器是固体放大器，或是光纤放大器，或是固体放大器与光纤放大器的混合。

本发明实施例提供了一种产生不同激光脉宽的方法及激光器，可以分时输出超快激光或者长脉宽激光，在打孔时，可以先产生长脉宽脉冲将孔打穿，然后再产生超快脉冲，对孔进行精修，从而到高质量的孔壁。不仅具有打孔速度快、孔质量高的优点，并且只需要使用一台激光器，从而不需要将两台激光器光束合束，切换，同时相对于使用两台激光器大大地降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种产生不同激光脉宽的激光器的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的一种产生不同激光脉宽的激光器输出脉冲激光的时序图；

图3是本发明一个实施例提供的一种产生不同激光脉宽的激光器输出锁模激光的时序图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种产生不同激光脉宽的方法，在该实施例中，采用被动锁模的方式产生锁模激光，可以使用SESAM锁模或碳纳米管锁模等，该方法可以包括以下步骤：

向振荡器的腔内插入标准具，抑制锁模激光的产生，从而产生连续激光。

脉冲选择器对振荡器产生的连续激光进行脉冲调制，输出一个脉宽量级为ns到ms的长脉宽激光。

放大器对脉冲选择器输出的量级为ns到ms的长脉宽的激光进行放大。

将振荡器的腔内的标准具移除，产生锁模激光。

脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光进行脉冲选择，输出单个超快脉冲激光或超快脉冲串激光。

放大器对脉冲选择器输出的单个超快脉冲激光或超快脉冲串激光进行放大。

在该实施例中，标准具是一个活动部件，当需要振荡器产生连续激光时，将标准具插入振荡器的腔内即可，当需要振荡器产生锁模激光时，不插入标准具或者将插入振荡器的腔内的标准具移除即可。

本发明实施例提供了一种产生不同激光脉宽的方法，在该实施例中，采用非线性镜锁模的方式产生锁模激光，该方法可以包括以下步骤：

通过电路改变倍频晶体的工作温度，使倍频晶体温度偏离锁模温度，振荡器产生连续激光。

脉冲选择器对振荡器产生的连续激光进行脉冲调制，输出一个脉宽量级为ns到ms的长脉宽激光。

放大器对脉冲选择器输出的量级为ns到ms的长脉宽的激光进行放大。

通过电路改变倍频晶体的工作温度，使倍频晶体温度偏离锁模温度，振荡器产生锁模激光。

脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光进行脉冲选择，输出单个超快脉冲激光或超快脉冲串激光。

放大器对脉冲选择器输出的单个超快脉冲激光或超快脉冲串激光进行放大。

在该实施例中，通过改变倍频晶体的温度实现振荡器产生连续激光或者锁模激光。非线性晶体锁模对倍频晶体的温控精度极高，控温精度一般要求在±0.01℃，锁模温度范围一般在1℃范围内。通过电路软件设定，可简单地将倍频晶体的控温温度改变，从而在连续光和锁模光状态切换。比如：在25度到26度范围内锁模，控制晶体的温度，偏离一点就可以连续激光输出。值得说明的是，在上述各实施例中，脉冲选择器是声光调制器或者是电光普克尔盒调制器。放大器是固体放大器，或是光纤放大器，或是固体放大器与光纤放大器的混合。为了保证放大器的放大效果，放大器可以使用多级放大器。

如图1所示，本发明实施例提供了一种产生不同激光脉宽的激光器，该激光器包括：振荡器101、脉冲选择器102和放大器103。在激光器工作过程中，振荡器101输出的连续激光或者锁模激光经过脉冲选择器102调制或者选择之后被放大器103放大，得到高峰值功率和高平均功率的激光。

如图2所示，本发明实施例提供了一种连续激光的时序图，振荡器输出连续激光201后，脉冲选择器根据脉冲调制信号204，将连续激光201斩成与脉冲调制信号相对应的具有一定脉宽的脉冲激光202，其脉宽一般为ns到ms量级。最后，脉冲激光202被放大器放大成巨脉冲激光203后输出。

在该实施例中，脉冲选择器可以是声光调制器或者电光普克尔盒调制器。脉冲调制信号的宽度和频率由电路决定，可由电路实现不同的脉宽和频率，电路也可以产生不同的波形，例如：方波、三角波或者其他任意形状。。不同的波形加工的效果也不同，可根据实际加工时的要求和达到的效果，进行电路的优化，以实现加工目的。

如图3所示，本发明实施例提供了一种锁模激光的时序图，振荡器输出锁模激光301后，此时锁模激光的重复频率为MHz，脉冲选择器根据脉冲选择信号304，选择单个脉冲同时将重复频率降低至Hz～MHz的范围，形成低频的锁模激光302，最后，低频的锁模激光302被放大器放大成单个超快脉冲激光303，脉宽的量级一般为飞秒fs或者皮秒ps。

在该实施例中，脉冲选择器可以选择单个脉冲外，还可以选择串脉冲，最后形成超快脉冲串激光。脉冲选择器可以是声光调制器或者电光普克尔盒调制器。脉冲选择信号对脉冲的选择和重复频率由电路决定，由脉冲选择信号决定最终形成的是单个超快脉冲激光还是超快脉冲串激光，同时决定激光的重复频率。

值得说明的是，在上述各实施例中，脉冲选择器是声光调制器或者是电光普克尔盒调制器。放大器是固体放大器，或是光纤放大器，或是固体放大器与光纤放大器的混合。为了保证放大器的放大效果，放大器可以使用多级放大器。

上述激光器内的各部件之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

综上，本发明的各实施例，至少具有如下有益效果：

在本发明的实施例中，可以分时输出超快激光或者长脉宽激光，在打孔时，可以先产生长脉宽脉冲将孔打穿，然后再产生超快脉冲，对孔进行精修，从而到高质量的孔壁。不仅具有打孔速度快、孔质量高的优点，并且只需要使用一台激光器，从而不需要将两台激光器光束合束，切换，同时相对于使用两台激光器大大的降低了成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种产生不同激光脉宽的方法，其特征在于，该方法包括：

振荡器产生锁模激光；

脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光按照预设的脉冲选择信号进行脉冲选择，输出第一脉宽的激光；

通过改变振荡器的腔内环境，振荡器产生连续激光；

脉冲选择器对振荡器产生的连续激光按照预设的脉冲调制信号进行脉冲调制，输出第二脉宽的激光。

2.根据权利要求1所述的产生不同激光脉宽的方法，其特征在于，

振荡器产生锁模激光是振荡器由被动锁模产生锁模激光；

通过改变振荡器的腔内环境，振荡器产生连续激光的方法是：向振荡器的腔内插入标准具以抑制锁模激光的产生，产生连续激光。

3.根据权利要求1所述的产生不同激光脉宽的方法，其特征在于，

振荡器产生锁模激光是振荡器由非线性镜锁模产生锁模激光；

通过改变振荡器的腔内环境，振荡器产生连续激光的方法是：改变非线性镜中倍频晶体的温度，使倍频晶体的温度偏离锁模温度，产生连续激光。

4.根据权利要求1所述的产生不同激光脉宽的方法，其特征在于，

脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光按照预设的脉冲选择信号进行脉冲选择，输出第一脉宽的激光的具体方法为：脉冲选择器对振荡器产生的锁模激光进行脉冲选择，输出单个超快脉冲激光或超快脉冲串激光；

脉冲选择器对振荡器产生的连续激光按照预设的脉冲调制信号进行脉冲调制，输出第二脉宽的激光的具体方法为：脉冲选择器对振荡器产生的连续激光进行脉冲调制，输出一个脉宽量级为ns到ms的长脉宽激光；

和/或，

脉冲选择器是但不限于声光调制器和电光普克尔盒调制器。

5.根据权利要求1所述的产生不同激光脉宽的方法，其特征在于，

在输出第一脉宽的激光之后，进一步包括：放大器对脉冲选择器输出的第一脉宽的激光进行放大；

在输出第二脉宽的激光之后，进一步包括：放大器对脉冲选择器输出的第二脉宽的激光进行放大；

其中，放大器是固体放大器，或是光纤放大器，或是固体放大器与光纤放大器的混合。

6.一种产生不同激光脉宽的激光器，其特征在于，该激光器包括：振荡器和脉冲选择器，其中，

振荡器，用于产生锁模激光，以及通过改变振荡器的腔内环境产生连续激光；

脉冲选择器，用于对振荡器产生的锁模激光按照预设的脉冲选择信号进行脉冲选择，输出第一脉宽的激光，以及对振荡器产生的连续激光按照预设的脉冲调制信号进行脉冲调制，输出第二脉宽的激光。

7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，振荡器，具体用于由被动锁模产生锁模脉激光；

该激光器进一步包括：标准具，用于插入振荡器的腔内，以抑制锁模激光的产生，使振荡器产生连续激光。

8.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，振荡器，具体用于由非线性镜锁模产生锁模激光；

振荡器用于改变非线性镜中倍频晶体的温度，使倍频晶体的温度偏离锁模温度，产生连续激光。

9.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，脉冲选择器，具体用于对振荡器产生的锁模激光进行脉冲选择，输出单个超快脉冲激光或超快脉冲串激光，以及对振荡器产生的连续激光进行脉冲调制，输出一个脉宽量级为ns到ms的长脉宽激光；

和/或，

脉冲选择器是但不限于声光调制器和电光普克尔盒调制器。

10.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，该激光器进一步包括：放大器，用于对脉冲选择器输出的第一脉宽的激光进行放大，以及对脉冲选择器输出的第二脉宽的激光进行放大；

其中，放大器是固体放大器，或是光纤放大器，或是固体放大器与光纤放大器的混合。