CN107645119A - 一种计算机控制激光输出波长的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计算机控制激光输出波长的方法，计算机系统(12)自动控制泵浦光入射至第一隔离装置(7)，经第一隔离装置(7)透射的泵浦光入射至第一全反镜(1),经第一全反镜(1)透射的泵浦光入射至单掺Ho:YVO4晶体(2)后产生2μm激光，入射至第二全反镜(3)；经过一定时间后，所述计算机系统(12)自动控制第二泵浦光入射至第二隔离装置(8)，经第二隔离装置(8)透射的泵浦光入射至第二全反镜(3)；激光入射至自动调光组件(4)，输出耦合镜(6)形成输出光；所述输出光输入检测装置(11)，将检测结果实时反馈到计算机系统(12)，根据所述检测结果，自动调整所述自动调光组件的角度，从而保证所述输出光的性能满足预设要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光器自动调节技术，特别涉及一种计算机控制激光输出波长的方法。
背景技术
2μm波段的激光应用广泛，涉及军事、红外遥感、医疗及光通信等方面，尤其是可以在非线性转换作用下实现中远红外3～12μm的激光输出。使用1.8微米激光作为泵浦源的单掺Ho固体激光器是常温条件下获得2μm激光的最佳技术途径。目前，单掺Ho激光器基本采用单末端泵浦方式，这降低了激光晶体对泵浦光吸收的均匀性，导致晶体内部热分布的不平衡，给激光器的高功率运转带来不良影响。
现有的调节光路技术，都是手动调节，能否形成理想的输出光，往往根据经验进行，一方面，由于经验不足或者技术不过关，操作人员往往不能准确的获取到理想的调光效果，另一方面，也为调光者带来较大的身心影响。因此，长期的科研当中，光路调节不仅成为一种技术难题，也成为制约理论与实践的最大障碍。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前的双端泵激光器光路较难调节的技术问题，而提出了一种计算机自动控制的激光输出波长的调节方法。
具体的，本发明涉及一种计算机控制激光输出波长的方法，包括如下步骤：
计算机系统(12)自动控制第一泵浦激光器(9)发射的1.8μm泵浦光入射至第一隔离装置(7)，经第一隔离装置(7)透射的泵浦光入射至第一全反镜(1),所述第一全反镜(1)为临界角为0°的2μm全反镜，经第一全反镜(1)透射的泵浦光入射至单掺Ho:YVO4晶体(2)，所述单掺Ho:YVO4晶体(2)沿光入射的方向的长度为50mm，且单掺Ho:YVO4晶体(2)中Ho3+掺杂浓度为1.2at.％，经单掺Ho:YVO4晶体(2)吸收后产生2μm激光，所述2μm激光入射至第二全反镜(3)，所述第二全反镜(3)为临界角为45°的2μm全反镜；
经过一定时间后，所述计算机系统(12)自动控制第二泵浦激光器(10)发射的1.8μm泵浦光入射至第二隔离装置(8)，经第二隔离装置(8)透射的泵浦光入射至第二全反镜(3),经第二全反镜(3)透射的泵浦光入射至所述单掺Ho:YVO4晶体(2)，经所述单掺Ho:YVO4晶体(2)吸收后产生2μm激光，所述2μm激光入射至第一全反镜(1)，经第一全反镜(1)全反射的2μm激光入射至单掺Ho:YVO4晶体(2)，经单掺Ho:YVO4晶体(2)透射的2μm激光入射至第二全反镜(3)；
经第二全反镜(3)全反射的2μm激光入射至自动调光组件(4)，经自动调光组件(4)透过的光入射至2μm输出耦合镜(6)，形成输出光；
所述输出光输入检测装置(11)，所述检测装置(11)将检测结果实时反馈到计算机系统(12)，所述计算机系统(12)根据所述检测结果，自动调整所述自动调光组件(4)的角度，从而保证所述输出光的性能满足预设要求。
进一步的，所述自动调光组件(4)包括调光装置和调整组件，所述调整组件接收所述计算机系统(12)的控制信号进行两维调整，先进行粗调，然后根据反馈结果进行微调。
进一步的，所述检测装置(11)包括波长检测、光斑检测或光强检测。
进一步的，所述“所述计算机系统(12)根据所述检测结果，自动调整所述自动调光组件(4)的角度，从而保证所述输出光的性能满足预设要求”包括：所述计算机系统(12)接收到反馈信号后，与所述计算机系统(12)预先存储的模拟信息进行比较，并根据比较结果自动调整所述自动调光组件(4)的角度，直到所述输出光的性能与所述预先存储的模拟信息相吻合。
进一步的，所述预先存储的模拟信息包括2μm的波长值、圆形光斑或峰值功率大于80KW。
本发明的有益效果：本发明是一种高功率高效率2μm固体激光器，经过计算机控制，可以实现连续和脉冲两种输出方式，本发明选用单掺Ho:YVO4晶体作为激光增益介质。Ho:YVO4晶体在1.8μm波段有强吸收，同时以双末端泵浦方式注入泵浦光，使用单掺单掺Ho:YVO4晶体对泵浦光进行较为均匀的吸收，从而平衡了晶体内部的热分布，有利于实现高功率的2μm激光输出。计算机控制的调光组件能够自动调整光路，精确补偿热效应对激光腔内增益的降低，使激光器以最大增益运转。本发明采用计算机系统自动反馈调节，既节约了人力调光成本，又能够实现最大限度的自动化，使得光路调节仅仅通过改变计算机系统中的模拟信息，就可以任意的实现光学输出，节约了调整时间外，可大幅提升单掺Ho:YVO4固体激光器的输出性能，并且具有结构紧凑和稳定性好的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明计算机控制激光输出波长结构原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
如图1所示，本发明涉及一种计算机控制激光输出波长的方法，包括如下步骤：
计算机系统(12)自动控制第一泵浦激光器(9)发射的1.8μm泵浦光入射至第一隔离装置(7)，经第一隔离装置(7)透射的泵浦光入射至第一全反镜(1),所述第一全反镜(1)为临界角为0°的2μm全反镜，经第一全反镜(1)透射的泵浦光入射至单掺Ho:YVO4晶体(2)，所述单掺Ho:YVO4晶体(2)沿光入射的方向的长度为50mm，且单掺Ho:YVO4晶体(2)中Ho3+掺杂浓度为1.2at.％，经单掺Ho:YVO4晶体(2)吸收后产生2μm激光，所述2μm激光入射至第二全反镜(3)，所述第二全反镜(3)为临界角为45°的2μm全反镜；
经过一定时间后，所述计算机系统(12)自动控制第二泵浦激光器(10)发射的1.8μm泵浦光入射至第二隔离装置(8)，经第二隔离装置(8)透射的泵浦光入射至第二全反镜(3),经第二全反镜(3)透射的泵浦光入射至所述单掺Ho:YVO4晶体(2)，经所述单掺Ho:YVO4晶体(2)吸收后产生2μm激光，所述2μm激光入射至第一全反镜(1)，经第一全反镜(1)全反射的2μm激光入射至单掺Ho:YVO4晶体(2)，经单掺Ho:YVO4晶体(2)透射的2μm激光入射至第二全反镜(3)；
经第二全反镜(3)全反射的2μm激光入射至自动调光组件(4)，经自动调光组件(4)透过的光入射至2μm输出耦合镜(6)，形成输出光；
所述输出光输入检测装置(11)，所述检测装置(11)将检测结果实时反馈到计算机系统(12)，所述计算机系统(12)根据所述检测结果，自动调整所述自动调光组件(4)的角度，从而保证所述输出光的性能满足预设要求。
其中，所述自动调光组件(4)包括调光装置和调整组件，所述调光装置可以是F-P标准具，调Q晶体等，调整组件可以为步进电机，所述调整组件接收所述计算机系统(12)的控制信号进行两维调整，先进行粗调，然后根据反馈结果进行微调。
其中模拟信息是指，通过理论模拟的激光理想条件下的出光效果，参数条件包括各器件的位置、尺寸、大小、膜系、晶体系数等等情况，还可通过选定的理论模型，进行计算机模拟,经过MATLAB系统编写相关控制程序，统一接收、发出控制命令。
进一步的，所述检测装置(11)包括波长检测仪、光斑检测仪或光强检测仪。其中，光强检测仪可以设置衰减器后进行检测，光斑检测仪可以采用具有CCD等图像捕捉器件的检测装置，波长检测仪可以同时检测至少5个常用波段。
进一步的，所述“所述计算机系统(12)根据所述检测结果，自动调整所述自动调光组件(4)的角度，从而保证所述输出光的性能满足预设要求”包括：所述计算机系统(12)接收到反馈信号后，与所述计算机系统(12)预先存储的模拟信息进行比较，并根据比较结果自动调整所述自动调光组件(4)的角度，直到所述输出光的性能与所述预先存储的模拟信息相吻合。
进一步的，所述预先存储的模拟信息包括2μm的波长值、圆形光斑或峰值功率大于80KW。
另外，本发明的泵浦方式为双末端泵浦，两路泵浦光都要先通过一个隔离装置再注入单掺Ho:YVO4晶体2。泵浦光分别从0° 2μm全反镜和45° 2μm全反镜入射。激光器谐振腔由第一全反镜1、第二全反镜3和2μm输出耦合镜6按“L”型结构放置，每个泵浦光路插入一个隔离装置。通过波长控制组件4的角度获得2μm单波长激光输出。
本实施方式中，当调Q晶体5工作时，所述高性能的双末端泵浦单掺Ho:YVO4固体激光器以输出脉冲形式的激光。当调Q晶体5不工作时，调Q晶体5相当于普通晶体，不起任何作用，这时，所述高性能的双末端泵浦单掺Ho:YVO4固体激光器输出连续波激光。
所述第一泵浦激光器9和第二泵浦激光器10可以采用发射波长为1908nm的Tm:YLF固体激光器。
选用单掺Ho:YVO4晶体2作为激光增益介质。单掺Ho:YVO4晶体在1.8μm波段有强吸收，这与单掺Tm晶体的强发射峰相对应，因此本实施方式选用Tm:YLF固体激光器做为单掺Ho:YVO4激光器的泵浦源。
本实施方式是对具体实施方式一或二所述的高性能的双末端泵浦单掺Ho:YVO4固体激光器的进一步限定，单掺Ho:YVO4晶体2沿光入射的方向的长度为40-60mm，且单掺Ho:YVO4晶体2中Ho3+掺杂浓度为0.8-1.5at.％。
采用上述各实施方式组合的结构，当向本发明的Ho:YVO4激光器注入1908nm的泵浦激光160W时，获得了90W稳定的连续波2091.2nm激光输出。调Q重复频率为30kHz时获得平均功率为82W的脉冲激光输出。
在具体实施时，本发明所述的Ho:YVO4固体激光器的2μm输出耦合镜6为平凹镜，其曲率半径为-300mm，在2μm波段的透过率为50％。
本发明是一种高功率高效率2μm固体激光器，可以实现连续和脉冲两种输出方式。以双末端泵浦方式注入泵浦光，使用单掺单掺Ho:YVO4晶体对泵浦光进行较为均匀的吸收，从而平衡了晶体内部的热分布，有利于实现高功率的2μm激光输出。
本发明是一种高功率高效率2μm固体激光器，经过计算机控制，可以实现连续和脉冲两种输出方式，本发明选用单掺Ho:YVO4晶体作为激光增益介质。Ho:YVO4晶体在1.8μm波段有强吸收，同时以双末端泵浦方式注入泵浦光，使用单掺单掺Ho:YVO4晶体对泵浦光进行较为均匀的吸收，从而平衡了晶体内部的热分布，有利于实现高功率的2μm激光输出。计算机控制的调光组件能够自动调整光路，精确补偿热效应对激光腔内增益的降低，使激光器以最大增益运转。本发明采用计算机系统自动反馈调节，既节约了人力调光成本，又能够实现最大限度的自动化，使得光路调节仅仅通过改变计算机系统中的模拟信息，就可以任意的实现光学输出，节约了调整时间外，可大幅提升单掺Ho:YVO4固体激光器的输出性能，并且具有结构紧凑和稳定性好的特点。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种计算机控制激光输出波长的方法，其特征在于，
计算机系统(12)自动控制第一泵浦激光器(9)发射的1.8μm泵浦光入射至第一隔离装置(7)，经第一隔离装置(7)透射的泵浦光入射至第一全反镜(1),所述第一全反镜(1)为临界角为0°的2μm全反镜，经第一全反镜(1)透射的泵浦光入射至单掺Ho:YVO4晶体(2)，所述单掺Ho:YVO4晶体(2)沿光入射的方向的长度为50mm，且单掺Ho:YVO4晶体(2)中Ho3+掺杂浓度为1.2at.％，经单掺Ho:YVO4晶体(2)吸收后产生2μm激光，所述2μm激光入射至第二全反镜(3)，所述第二全反镜(3)为临界角为45°的2μm全反镜；
经过一定时间后，所述计算机系统(12)自动控制第二泵浦激光器(10)发射的1.8μm泵浦光入射至第二隔离装置(8)，经第二隔离装置(8)透射的泵浦光入射至第二全反镜(3),经第二全反镜(3)透射的泵浦光入射至所述单掺Ho:YVO4晶体(2)，经所述单掺Ho:YVO4晶体(2)吸收后产生2μm激光，所述2μm激光入射至第一全反镜(1)，经第一全反镜(1)全反射的2μm激光入射至单掺Ho:YVO4晶体(2)，经单掺Ho:YVO4晶体(2)透射的2μm激光入射至第二全反镜(3)；
经第二全反镜(3)全反射的2μm激光入射至自动调光组件(4)，经自动调光组件(4)透过的光入射至2μm输出耦合镜(6)，形成输出光；
所述输出光输入检测装置(11)，所述检测装置(11)将检测结果实时反馈到计算机系统(12)，所述计算机系统(12)根据所述检测结果，自动调整所述自动调光组件(4)的角度，从而保证所述输出光的性能满足预设要求。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动调光组件(4)包括调光装置和调整组件，所述调整组件接收所述计算机系统(12)的控制信号进行两维调整，先进行粗调，然后根据反馈结果进行微调。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测装置(11)包括波长检测、光斑检测或光强检测。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述“所述计算机系统(12)根据所述检测结果，自动调整所述自动调光组件(4)的角度，从而保证所述输出光的性能满足预设要求”包括：所述计算机系统(12)接收到反馈信号后，与所述计算机系统(12)预先存储的模拟信息进行比较，并根据比较结果自动调整所述自动调光组件(4)的角度，直到所述输出光的性能与所述预先存储的模拟信息相吻合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预先存储的模拟信息包括2μm的波长值、圆形光斑或峰值功率大于80KW。
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