CN110364921B - 激光脉冲控制系统及激光脉冲控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光脉冲控制系统及激光脉冲控制方法。该激光脉冲控制系统通过种子源提供第一偏振脉冲，隔离模块通过隔离处理，使得第一偏振脉冲转换成能够入射至再生放大器的第二偏振脉冲以使再生放大器对脉冲进行不同模式的偏振转换及放大，获取不同脉冲数目和能量的单一脉冲或脉冲串并通过隔离模块输出至外部，从而根据实际需要以简单的结构实现不同模式间的灵活切换，便于用户使用，更加符合激光加工的需求。
Description
技术领域
本发明涉及激光控制领域，特别是涉及一种激光脉冲控制系统及激光脉冲控制方法。
背景技术
超快激光器是激光加工等诸多领域的关键技术。激光加工过程中热累积对目标位置周围材料带来的损伤，以及高激光强度引起的材料更为显著的非线性效应，使得加工质量和效率明显及降低。
为了改善上述情况，示例性的方式有多种，例如通过选择突发模式超快激光器加工透明材料，降低激光成丝阈值，加长光束焦深范围，从而减小目标加工位置周围多余热量堆积，提高加工效率；例如基于外部信号调制得到突发脉冲，再经过偏振元件导入再生放大谐振腔进行放大，所获得突发内的脉冲间隔等于种子脉冲间隔，脉冲能量由外部信号调制；又例如基于主振荡功率放大系统突发模式超快激光器，包括两级啁啾脉冲放大和两级主振荡功率放大。
然而，上述示例性的方式获得突发脉冲的形式不够灵活，用户不便于控制，并且例如主振荡功率放大系统突发模式超快激光器，其结构复杂，成本较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种脉冲形式灵活、结构简单且便于用户控制的激光脉冲控制系统及激光脉冲控制方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种激光脉冲控制系统，包括：
种子源，设置为提供第一偏振脉冲；
隔离模块，设置为对第一偏振脉冲进行隔离处理，获得垂直于第一偏振脉冲的第二偏振脉冲，输出至再生放大器；或对接收的第二偏振脉冲输出至外部；
再生放大器，设置为根据电压时序在第一脉冲模式或第二脉冲模式下对所述第二偏振脉冲进行对应的偏振转换及放大处理，获得对应的单一脉冲或脉冲串并输出至所述隔离模块。
在其中一种实施例中，所述隔离模块包括在光路中依次设置的第一反射元件、第一偏振元件、半波片、隔离器、第二反射元件以及第三反射元件。
在其中一种实施例中，所述再生放大器包括：
第二偏振元件，设置为透射第一偏振脉冲，反射第二偏振脉冲；
第一全反射元件，设置为对入射的偏振脉冲进行全反射；
增益调节单元，设置为接收所述第二偏振元件透射的第一偏振脉冲，进行放大后输出至所述第二偏振元件；
第一电光调制元件，设置在所述第二偏振元件和所述第一全反射元件的光路之间，设置为在施加λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。
在其中一种实施例中，所述再生放大器还包括：
λ/4波片，设置在所述第二偏振元件和所述第一电光调制元件的光路之间，设置为对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲。
在其中一种实施例中，所述再生放大器还包括：
第二电光调制元件，设置在所述第一电光调制元件和所述第一全反射元件的光路之间，设置为在λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。
在其中一种实施例中，所述再生放大器还包括：
第三偏振元件，设置为透射第一偏振脉冲，反射第二偏振脉冲；
第二全反射元件，设置为接收所述第三偏振元件透射的第一偏振脉冲，反射回所述第三偏振元件；
第四反射元件，设置为接收第三电光调制元件输出的脉冲，反射至所述第三偏振元件；或接收所述第三偏振元件反射的第二偏振脉冲，反射至所述第三电光调制元件；
第三电光调制元件，设置为接收所述第二偏振元件出射的脉冲或接收所述第四反射元件反射的脉冲，在λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。
在其中一种实施例中，所述增益调节单元包括：
第一曲面反射元件，设置为接收所述第二偏振元件透射的第一偏振脉冲；
第二曲面反射元件，与所述第一曲面反射元件相对设置，设置为接收所述第一曲面反射元件反射的第一偏振脉冲，并反射至第二全反射元件；
第三全反射元件，设置为接收所述第二曲面反射元件反射的第一偏振脉冲，并反射回所述第二曲面反射元件；
增益元件，设置在所述第一曲面反射元件和所述第二曲面反射元件的光路之间，设置为所述第一曲面反射元件和所述第二曲面反射元件的光路之间的第一偏振脉冲进行放大。
一种激光脉冲控制方法，基于如上所述的激光脉冲控制系统，包括：
提供第一偏振脉冲；
对第一偏振脉冲进行隔离处理，获得垂直于第一偏振脉冲的第二偏振脉冲；
根据电压时序在第一脉冲模式或第二脉冲模式下对所述第二偏振脉冲进行对应的偏振转换及放大处理，获得对应的单一脉冲或脉冲串并输出。
上述激光脉冲控制系统，通过种子源提供第一偏振脉冲，隔离模块通过隔离处理，使得第一偏振脉冲转换成能够入射至再生放大器的第二偏振脉冲以使再生放大器对脉冲进行不同模式的偏振转换及放大，获取不同脉冲数目和能量的单一脉冲或脉冲串并通过隔离模块输出至外部，从而根据实际需要以简单的结构实现不同模式间的灵活切换，便于用户使用，更加符合激光加工的需求。
附图说明
图1为一实施例中激光脉冲控制系统的结构图；
图2为一实施例中隔离模块的结构图；
图3为一实施例中再生放大器的结构图；
图4为一实施例中对应图3再生放大器的第一脉冲模式的再生放大时序图；
图5为一实施例中对应图3再生放大器的第二脉冲模式的再生放大时序图；
图6为另一实施例中再生放大器的结构图；
图7为一实施例中对应图6再生放大器的第一脉冲模式的再生放大时序图；
图8为一实施例中对应图6再生放大器的第二脉冲模式的再生放大时序图；
图9为另一实施例中再生放大器的结构图；
图10为一实施例中对应图9再生放大器的第一脉冲模式的再生放大时序图；
图11为一实施例中对应图9再生放大器的第二脉冲模式的再生放大时序图；
图12为另一实施例中对应图9再生放大器的第二脉冲模式的再生放大时序图；
图13为另一实施例中对应图9再生放大器的第二脉冲模式的再生放大时序图；
图14为一实施例中再生放大器的结构图；
图15为一实施例中对应图14再生放大器的第一脉冲模式的再生放大时序图；
图16为一实施例中对应图14再生放大器的第二脉冲模式的再生放大时序图；
图17为另一实施例中对应图14再生放大器的第二脉冲模式的再生放大时序图；
图18为另一实施例中对应图14再生放大器的第二脉冲模式的再生放大时序图；
图19为一实施例中增益调节单元的结构图；
图20为一实施例中激光脉冲控制方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
参见图1，图1为一实施例中激光脉冲控制系统的系统结构图。
在本实施例中，该激光脉冲控制系统包括种子源10、隔离模块20以及再生放大器30。
种子源10，设置为提供第一偏振脉冲。
隔离模块20，设置为对第一偏振脉冲进行隔离处理，获得垂直于第一偏振脉冲的第二偏振脉冲，输出至再生放大器；或对接收的第二偏振脉冲输出至外部。
再生放大器30，设置为根据电压时序在第一脉冲模式或第二脉冲模式对第二偏振脉冲进行对应的偏振转换及放大处理，获得对应的单一脉冲或脉冲串并输出至隔离模块20。
在本实施例中，种子源10设置为在预设时间间隔向隔离模块20发射种子源脉冲，为系统提供入射的第一偏振脉冲。在一个实施例中，第一偏振脉冲为p(水平)偏振光；在另一个实施例中，第一偏振脉冲也可以为s(垂直)偏振光，具体根据实际情况进行选取。其中，预设时间间隔根据实际情况进行选取设置。
在本实施例中，隔离模块20一方面能够对种子源10入射的第一偏振脉冲进行隔离处理，获得第二偏振脉冲，以输出至再生放大器30；另一方面，能够将再生放大器30输出的第二偏振脉冲输出至外部，实现脉冲的具体应用。具体地，隔离模块20通过隔离处理，可以使得第一偏振脉冲转换成能够入射至再生放大器30的第二偏振脉冲以使再生放大器30对脉冲进行不同模式的偏振转换及放大，获取对应的脉冲；同时可以通过偏振转换改变偏振脉冲的输出方向，使得再生放大器30输出的第二偏振脉冲偏离种子源脉冲初始入射至隔离模块20的路径方向，而往其他方向输出至外部。
其中，以第一偏振脉冲为p偏振脉冲为例，则第二偏振脉冲为对p偏振脉冲进行变换处理后获得的s(垂直)偏振脉冲，第一偏振脉冲的偏振方向与第二偏振脉冲的偏振方向相互垂直。
在一实施例中，参见图2，隔离模块20包括在光路中依次设置的第一反射元件21、第一偏振元件22、半波片23、隔离器24、第二反射元件25以及第三反射元件26。
其中，第一反射元件21、第二反射元件25以及第三反射元件26为反射镜，设置为反射脉冲光束。第一偏振元件22可以为偏振分光棱镜，设置为透射第一偏振脉冲，反射第二偏振脉冲。半波片23设置为对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，从而转换成对应的第二偏振脉冲或第一偏振脉冲。隔离器24可以为法拉第隔离器，设置为在脉冲正向(种子源10的脉冲初始入射至隔离模块20时的前进方向)传输时维持脉冲的偏振状态不变；在逆向传输时，改变脉冲的偏振状态，例如将第二偏振状态转换为第一偏振状态。
具体地，当种子源10的脉冲初始入射至隔离模块20时，第一偏振脉冲沿第一反射元件21、第一偏振元件22以及半波片23时转换为第二偏振脉冲，再沿隔离器24、第二反射元件25以及第三反射元件26的光路传输至再生放大器30。当再生放大器30输出的第二偏振脉冲入射至隔离模块20时，第二偏振脉冲通过隔离器24转换为第一偏振脉冲，再通过半波片23转换为第二偏振脉冲，经过第一偏振元件22时，被反射至外部应用，也可以防止脉冲对种子源和光路系统产生影响。
在本实施例中，再生放大器30能够接收隔离模块20输出的第二偏振脉冲，在第一脉冲模式或第二脉冲模式下对第二偏振脉冲进行多次偏振转换及放大处理，输出对应的单一脉冲或脉冲串至隔离模块20。具体地，再生放大器30根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式，根据电压值和电压时序的不同，模式中的偏振转换及放大处理的次数、时刻及时间长度不同，因而获得不同的脉冲数目和能量的脉冲，从而根据实际需要实现不同模式间的灵活切换，便于用户使用，更加符合激光加工的需求。
其中，第一脉冲模式具体指普通的脉冲模式，最终获得单一脉冲；第二脉冲模式具体指突发模式，可以产生纳秒间隔和/或皮秒间隔的突发脉冲，最终获得脉冲串。
在其中一实施例中，参见图3，再生放大器30包括第二偏振元件31、第一全反射元件32、增益调节单元33以及第一电光调制元件34。
第二偏振元件31，设置为透射第一偏振脉冲，反射第二偏振脉冲。
第一全反射元件32，设置为对入射的偏振脉冲进行全反射。
增益调节单元33，设置为接收第二偏振元件31透射的第一偏振脉冲，进行放大后输出至第二偏振元件31。
第一电光调制元件34，设置在第二偏振元件31和第一全反射元件32的光路之间，设置为在施加λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。
其中，第二偏振元件31可以是薄膜偏振片。当第一偏振脉冲入射时将第一偏振脉冲进行透射，当第二偏振脉冲入射时将第二偏振脉冲进行反射，从而可以限制入射脉冲的出射方向。第一全反射元件32可以是全反射镜，能够将入射的脉冲沿入射方向反射回入射点。增益调节单元33内置增益元件，能够对接收的脉冲在腔内(再生放大器30的放大腔，该放大腔由第一全反射元件32和增益调节单元33中的第三全反射镜333组成)进行放大。
其中，第一电光调制元件34能够通过施加的电压大小转换入射脉冲的偏振方向或偏振类型，具体地，在施加λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。在一实施例中，第一电光调制元件34包括普克尔盒和电压控制器，电压控制器控制普克尔盒的施加电压，从而使普克尔盒在不同外加电压下转换入射脉冲的偏振方向或偏振类型。
具体地，第一电光调制元件34根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式。例如，请结合参见图4和图5，电压时序包括对应第一脉冲模式的第一电压时序41和对应第二脉冲模式的第二电压时序51，第一电压时序41的电压依次为：一阶段的λ/4波电压、二阶段的0、三阶段的λ/4波电压；第二电压时序51的电压依次为：一阶段的λ/4波电压、二阶段的0、三阶段的由0逐渐增大为λ/4波电压。
具体地，参见图4，第一脉冲模式的工作时序为：
在一阶段，第二偏振脉冲(参见图中的入射前的种子脉冲序列40)经第二偏振元件31入射至再生放大器30，使第一电光调制元件34施加λ/4波电压，第二偏振脉冲经第一全反射元件32反射回到第二偏振元件31转换成第一偏振态脉冲，透过第二偏振元件31在腔内进行振荡及放大。
在二阶段，使第一电光调制元件34施加电压为0，腔内振荡的第一偏振脉冲再次经第一全反射元件32反射回第二偏振元件31，偏振状态不发生改变，在腔内继续放大(参见图中的腔内脉冲序列42)；同时，后续第二偏振脉冲进入再生放大器时，经第一全反射元件32往返第一电光调制元件34时偏振状态继续保持不变，无法进入腔内。
在三阶段，使第一电光调制元件34施加λ/4波电压，第一偏振脉冲经第一全反射元件32往返第一电光调制元件34转换为第二偏振脉冲，经过第二偏振元件31输出单一脉冲(参见图中的腔倒出脉冲43)至隔离模块20；同时，后续第二偏振脉冲往返第一电光调制元件34变成第一偏振脉冲，进入腔内放大。
具体地，参见图5，第二脉冲模式的工作时序为：
在一阶段和二阶段的工作时序与图4的第一脉冲模式相同。
在三阶段，使第一电光调制元件34施加的电压由0逐渐增大至λ/4波电压，再生放大器30中的第一偏振脉冲一部分转换为第二偏振脉冲，出射至腔外的隔离模块20，一部分保持为第一偏振脉冲在再生放大器30中振荡，重复偏振转换及放大处理，直至转变成第二偏振脉冲再出射至腔外的隔离模块20，从而种子源输出的第一偏振脉冲被分解为多个脉冲多次输出至隔离模块20，形成脉冲串(参见图中的腔倒出脉冲53)。
其中，脉冲输出间隔t1为种子源脉冲在再生放大器30中振荡一周的时间，一般在十几纳秒左右，通常略大于种子源脉冲入射至再生放大器30的间隔。其中，可以通过设定第一电光调制元件34施加电压由0逐渐增大至λ/4波电压的时间控制脉冲串输出的脉冲个数；通过设定第一电光调制元件34施加电压的变化曲线斜率控制输出脉冲的能量。从而，进一步提高系统控制的灵活性，提高用户体验。
在另一实施例中，参见图6，在图3的基础上再生放大器30还包括λ/4波片35。
λ/4波片35，设置在第二偏振元件31和第一电光调制元件34的光路之间，设置为对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲。从而通过λ/4波片结合不同电压下的第一电光调制元件34形成偏振转换组合，实现对脉冲的多次偏振转换控制，以实现不同脉冲模式的切换。
具体地，第一电光调制元件34根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式。同一模式下可以有不同的时序过程，从而获得不同时间间隔和数量的输出脉冲。例如，请结合参见图7和图8，电压时序包括对应第一脉冲模式的第一电压时序71和对应第二脉冲模式的第二电压时序81，第一电压时序71的电压依次为：一阶段的0、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的0；第二电压时序81的电压依次为：一阶段的λ/4波电压、二阶段的0、三阶段的由λ/4波电压逐渐降低为0。
具体地，参见图7，第一脉冲模式的工作时序为：
在一阶段，第二偏振脉冲(参见图中的入射前的种子脉冲序列70)经第二偏振元件31入射至再生放大器30，使第一电光调制元件34施加电压为0，第二偏振脉冲经第一全反射元件32反射回第二偏振元件31转换为第一偏振脉冲，透过第二偏振元件31在腔内进行振荡及放大。
在二阶段，使第一电光调制元件34施加电压为λ/4波电压，腔内振荡的第一偏振脉冲再经第一全反射元件32反射回第二偏振元件31，偏振状态不发生改变，在腔内继续放大(参见图中的腔内脉冲序列72)；同时，后续第二偏振脉冲进入再生放大器30时，经第一全反射元件32往返第一电光调制元件34时偏振状态继续保持不变，无法进入腔内。
在三阶段，使第一电光调制元件34施加电压为0，第一偏振脉冲经第一全反射元件32往返第一电光调制元件34转换为第二偏振脉冲，经过第二偏振元件31输出单一脉冲(参见图中的腔倒出脉冲73)至隔离模块20；同时，后续第二偏振脉冲往返第一电光调制元件34变成第一偏振脉冲，进入腔内放大。
具体地，参见图8，第二脉冲模式的工作时序为：
在一阶段和二阶段的工作时序与图7的第一脉冲模式相同。
在三阶段，使第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压逐渐降低为0，再生放大器30中的第一偏振脉冲一部分转换为第二偏振脉冲，出射至腔外的隔离模块20，一部分保持为第一偏振脉冲在再生放大器30中振荡，重复偏振转换及放大处理，直至转变成第二偏振脉冲再出射至腔外的隔离模块20，从而种子源输出的第一偏振脉冲被分解为多个脉冲多次输出至隔离模块20，形成脉冲串(参见图中的腔倒出脉冲83)。
其中，脉冲输出间隔t1为种子源脉冲在再生放大器30中振荡一周的时间，一般在十几纳秒左右，通常略大于种子源脉冲入射至再生放大器30的间隔。其中，可以通过设定第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压逐渐降低为0的时间控制脉冲串输出的脉冲个数；通过设定第一电光调制元件34施加电压的变化曲线斜率控制输出脉冲的能量。从而，进一步提高系统控制的灵活性，提高用户体验。
在另一实施例中，参见图9，在图6的基础上再生放大器30还包括第二电光调制元件36。
第二电光调制元件36，设置在第一电光调制元件34和第一全反射元件32的光路之间，设置为在λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。第二电光调制元件36与第一电光调制元件34、λ/4波片35结合，实现对脉冲偏振状态的转换。在一实施例中，第二电光调制元件36包括普克尔盒和电压控制器，电压控制器控制普克尔盒的施加电压，从而使普克尔盒在不同外加电压下转换入射脉冲的偏振方向或偏振类型。
具体地，第一电光调制元件34和第二电光调制元件36根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式。同一模式下可以有不同的时序过程，从而获得不同时间间隔和数量的输出脉冲。例如，请结合参见图10-图13，电压时序包括对应第一脉冲模式的第一电压时序101和对应第二脉冲模式1的第二电压时序111，或者对应第二脉冲模式2的第二电压时序121，或者对应第二脉冲模式3的第二电压时序131。
其中，第一电压时序101的中施加于第一电光调制元件34的电压依次为：一阶段的0、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的0，第一电压时序101中施加于第二电光调制元件36的电压均为0。第二电压时序111中施加于第一电光调制元件34的电压依次为：一阶段的λ/4波电压、二阶段的0以及三阶段的由λ/4波电压逐渐降低为0，第二电压时序111中施加于第二电光调制元件36的电压均为0。第二电压时序121中施加于第一电光调制元件34的电压依次为：一阶段的0、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的0，第二电压时序111中施加于第二电光调制元件36的电压依次为：一阶段的0，二阶段的λ/4波电压、0、λ/4波电压、0，三阶段的0。第二电压时序131中施加于第一电光调制元件34的电压依次为：一阶段的0、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的由λ/4波电压逐渐降低为0，第二电压时序111中施加于第二电光调制元件36的电压依次为：一阶段的0，二阶段的λ/4波电压、0、λ/4波电压、0，三阶段的0。
具体地，参见图10，第一脉冲模式的工作时序为：
在一阶段，第二偏振脉冲(参见图中的入射前的种子脉冲序列100)经第二偏振元件31入射至再生放大器30，使第一电光调制元件34和第二电光调制元件36施加电压为0，第二偏振脉冲经第一全反射元件32反射回第二偏振元件31转换为第一偏振脉冲，透过第二偏振元件31在腔内进行振荡及放大。
在二阶段，使第一电光调制元件34施加电压为λ/4波电压，第二电光调制元件36施加电压为0，腔内振荡的第一偏振脉冲再经第一全反射元件32反射回第二偏振元件31，偏振状态不发生改变，在腔内继续放大(参见图中的腔内脉冲序列102)；同时，后续第二偏振脉冲进入再生放大器30时，经第一全反射元件32往返第一电光调制元件34时偏振状态继续保持不变，无法进入腔内。
在三阶段，使第一电光调制元件34和第二电光调制元件36施加电压均为0，第一偏振脉冲经第一全反射元件32往返第一电光调制元件34转换为第二偏振脉冲，经过第二偏振元件31输出单一脉冲(参见图中的腔倒出脉冲103)至隔离模块20；同时，后续第二偏振脉冲往返第一电光调制元件34变成第一偏振脉冲，进入腔内放大。
具体地，参见图11，第二脉冲模式1(对应第二电压时序111)的工作时序为：
在一阶段和二阶段的工作时序与图10的第一脉冲模式相同。
在三阶段，使第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压逐渐降低为0而第二电光调制元件36施加电压保持为0，再生放大器30中的第一偏振脉冲一部分转换为第二偏振脉冲，出射至腔外的隔离模块20，一部分保持为第一偏振脉冲在再生放大器30中振荡，重复偏振转换及放大处理，直至转变成第二偏振脉冲再出射至腔外的隔离模块20，从而种子源输出的第一偏振脉冲被分解为多个脉冲多次输出至隔离模块20，形成脉冲串(参见图中的腔倒出脉冲113)。
其中，脉冲输出间隔t1为种子源脉冲在再生放大器30中振荡一周的时间，一般在十几纳秒左右，通常略大于种子源脉冲入射至再生放大器30的间隔。进一步地，可以通过设定第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压逐渐降低为0的时间控制脉冲串输出的脉冲个数；通过设定第一电光调制元件34施加电压的变化曲线斜率控制输出脉冲的能量。从而，进一步提高系统控制的灵活性，提高用户体验。
具体地，参见图12，第二脉冲模式2(对应第二电压时序121)的工作时序为：
在一阶段，第二偏振脉冲(参见图中的入射前的种子脉冲序列120)经第二偏振元件31入射至再生放大器30，使第一电光调制元件34和第二电光调制元件36施加电压为0，第二偏振脉冲经第一全反射元件32反射回第二偏振元件31转换为第一偏振脉冲，透过第二偏振元件31在腔内进行振荡及放大。
在二阶段，使第一电光调制元件34施加λ/4波电压，第二电光调制元件36施加λ/4波电压，第二个进入再生放大器30的种子源脉冲，经第一全反射元件32反射回到第二偏振元件31变成第一偏振脉冲，可以在再生放大器30内振荡；使第二电光调制元件36外加电压为0，再生放大器30内振荡的第一个进入的第一偏振脉冲再次往返λ/4波片35、第一电光调制元件34以及第二电光调制元件36，偏振状态保持不变，在腔内继续放大；使第二电光调制元件36再次施加λ/4波电压，第三个种子源脉冲进入再生放大器30并开始振荡；使第二电光调制元件36施加电压为0，第一个和第二个种子源脉冲可以继续在腔内振荡，循环此过程，可以使多个种子源脉冲同时进入腔内放大。
使第一电光调制元件34施加λ/4波电压，第二电光调制元件36施加电压为0，进入腔内的脉冲，振荡过程中偏振状态不变，持续在腔内放大；同时，后续第二偏振脉冲进入再生放大器30，经第一全反射元件32往返第一电光调制元件34、第二电光调制元件36以及λ/4波片35，偏振状态保持不变，无法进入腔内放大。
在三阶段，使第一电光调制元件34施加电压为0，第二电光调制元件36施加电压为0，再生放大器30放大的多个第一偏振脉冲，经第一全反射元件32往返第一电光调制元件34、第二电光调制元件36以及λ/4波片35转换为多个第二偏振脉冲，经过第二偏振元件31偏转倒出至隔离模块20，形成脉冲串；同时，后续的第二偏振脉冲往返第一电光调制元件34、第二电光调制元件36以及λ/4波片35转换成第一偏振脉冲，进入腔内放大。
其中，脉冲输出间隔t2为种子脉冲在再生放大器30中振荡一周的时间和种子源脉冲间隔的差值，一般在几百皮秒左右；其中，进入再生放大器30的种子源脉冲的数量P可以根据第一电光调制元件34和第二电光调制元件36的电压变化的次数来控制。
具体地，参见图13，第二脉冲模式3(对应第二电压时序131)的工作时序为：
在一阶段和二阶段的工作时序与图12的第二脉冲模式相同，在此不再赘述。
在三阶段，第二电光调制元件36施加电压为0，第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压减小到0过程中，腔内振荡的间隔t2的第一偏振脉冲一部分转变为第二偏振脉冲，出射出腔外的隔离模块20，一部分继续保持为第一偏振脉冲在腔内振荡，每一个脉冲分成多次输出到腔外。
其中，脉冲输出间隔t2为种子源脉冲在再生放大器30中振荡一周的时间和种子源脉冲间隔的差值，一般在几百皮秒左右。第二脉冲模式3可以认为是第二脉冲模式1和第二脉冲模式2的结合，即在一个突发模式下P个间隔t2的脉冲串以间隔t1分N次输出；其中脉冲输出能量可以通过施加电压变化曲线斜率来控制。
在另一实施例中，参见图14，在图6的基础上再生放大器30还包括设置在第二偏振元件31和λ/4波片35的光路之间的第三偏振元件37、第二全反射元件38、第四反射元件39以及第三电光调制元件40。
第三偏振元件37，设置为透射第一偏振脉冲，反射第二偏振脉冲。
第二全反射元件38，设置为接收第三偏振元件37透射的第一偏振脉冲，反射回第三偏振元件37。
第四反射元件39，设置为接收第三电光调制元件40输出的脉冲，反射至第三偏振元件37；或接收第三偏振元件37反射的第二偏振脉冲，反射至第三电光调制元件40。
第三电光调制元件40，设置为接收第二偏振元件31出射的脉冲或接收第四反射元件39反射的脉冲，在λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。
其中，第三偏振元件37可以是薄膜偏振片，当第一偏振脉冲入射时将第一偏振脉冲进行透射，当第二偏振脉冲入射时将第二偏振脉冲进行反射，从而可以限制入射脉冲的出射方向。第二全反射元件38可以是全反射镜，能够将入射的脉冲沿入射方向反射回入射点。第四反射元件39可以是反射镜。
其中，在本实施例中，再生放大器30包括两个谐振腔，第一谐振腔由第一全反射元件32和第三全反射元件333(在增益调节单元中，具体见后续实施例的描述)组成，第二谐振腔由第一全反射元件32和第二全反射元件38组成，其中两个谐振腔共用第二偏振元件31，第一电光调制元件34，λ/4波片35和第三偏振元件37。
具体地，第一电光调制元件34和第三电光调制元件40根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式。同一模式下可以有不同的时序过程，从而获得不同时间间隔和数量的输出脉冲。例如，请结合参见图15-图18，电压时序包括对应第一脉冲模式的第一电压时序151和对应第二脉冲模式1的第二电压时序161，或者对应第二脉冲模式2的第二电压时序171，或者对应第二脉冲模式3的第二电压时序181。
第一电压时序151的中施加于第一电光调制元件34的电压均为λ/4波电压，第一电压时序151中施加于第三电光调制元件40的电压依次为：一阶段的0、λ/2波电压，二阶段的λ/2波电压，以及三阶段的0、λ/2波电压。
第二电压时序161中施加于第一电光调制元件34的电压均为λ/4波电压，第二电压时序161中施加于第三电光调制元件40的电压依次为：一阶段的0、λ/2波电压，二阶段的λ/2波电压，以及三阶段的由λ/2波电压逐渐降低为0。
第二电压时序171中施加于第一电光调制元件34的电压依次为：一阶段的λ/4波电压、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的由λ/4波电压逐渐降低为0，第二电压时序171中施加于第三电光调制元件40的电压依次为：一阶段的0、λ/2波电压，二阶段的λ/2波电压，三阶段的0。
第二电压时序181中施加于第一电光调制元件34的电压依次为：一阶段的λ/4波电压、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的由λ/4波电压逐渐降低为0，第二电压时序181中施加于第三电光调制元件40的电压依次为：一阶段的0、λ/2波电压，二阶段的λ/2波电压，三阶段的由λ/2波电压逐渐降低为0。
具体地，参见图15，第一脉冲模式的工作时序为：
在一阶段，第二偏振脉冲(参见图中的入射前的种子脉冲序列150)经第二偏振元件31入射至第一谐振腔内，使第三电光调制元件40施加电压为0，种子脉冲偏振状态不发生改变，经第四反射元件39和第三偏振元件37导入第二谐振腔；使第一电光调制元件34施加λ/4波电压，第二偏振脉冲经第二全反射元件32反射回到第三偏振元件37，偏振状态保持不变，无法留在第二谐振腔；使第三电光调制元件40施加λ/2波电压，第二偏振脉冲经第三电光调制元件40转换成第一偏振脉冲，留在第一谐振腔继续放大。
在二阶段，使第三电光调制元件40持续施加λ/2波电压，腔内振荡的第一偏振脉冲再次往返回到第三偏振元件37，变成第二偏振脉冲，进入第二谐振腔，使第一电光调制元件34持续施加λ/4波电压，偏振状态保持不变，再次回到第一谐振腔进行放大(参见图中的腔内脉冲序列152)；同时，后续第二偏振脉冲的种子源脉冲进入再生放大器30，经第三电光调制元件40变成第一偏振脉冲，无法进入第二谐振腔，无法在再生放大器30内放大。
在三阶段，使第三电光调制元件40施加电压为0，再生放大器30内放大的第一偏振脉冲变为第二偏振脉冲，经过第二偏振元件31输出单一脉冲(参见图中的腔倒出脉冲153)至隔离模块20；同时，后续第二偏振脉冲的种子源脉冲，偏振状态不发生改变，进入第二谐振腔，第一电光调制元件34持续施加λ/4波电压，偏振状态不发生改变，第三电光调制元件40持续施加λ/2波电压，第二偏振脉冲的种子源脉冲转换成第一偏振脉冲，留在再生放大器30中放大。
具体地，参见图16，第二脉冲模式1(对应第二电压时序161)的工作时序为：
在一阶段和二阶段的工作时序与图15的第一脉冲模式相同。
在三阶段，使第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压，第三电光调制元件40施加电压由λ/2波电压减小到0，再生放大器30中的第一偏振脉冲一部分转换为第二偏振脉冲，出射至腔外的隔离模块20，一部分保持为第一偏振脉冲在再生放大器30中振荡，重复偏振转换及放大处理，直至转变成第二偏振脉冲再出射至腔外的隔离模块20，从而种子源输出的第一偏振脉冲被分成多次输出至隔离模块20，形成脉冲串(参见图中的腔倒出脉冲163)。
其中，脉冲输出间隔t1为种子源脉冲在第一谐振腔中振荡一周的时间，一般在十几纳秒左右，通常略大于种子源脉冲入射至再生放大器30的间隔。其中，可以通过设定第三电光调制元件40施加电压由λ/2波电压逐渐降低为0的时间控制脉冲串输出的脉冲个数；通过设定第三电光调制元件40施加电压的变化曲线斜率控制输出脉冲的能量。从而，进一步提高系统控制的灵活性，提高用户体验。
具体地，参见图17，第二脉冲模式2(对应第二电压时序171)的工作时序为：
在一阶段和二阶段的工作时序与图15的第一脉冲模式相同。
在三阶段，使第三电光调制元件40施加电压为0，第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压减小到0，第二谐振腔中的第一偏振脉冲一部分转换为第二偏振脉冲，出射至腔外的隔离模块20，一部分保持为第一偏振脉冲在第二谐振腔中振荡，重复偏振转换及放大处理，直至转变成第二偏振脉冲再出射至腔外的隔离模块20，从而种子源输出的第一偏振脉冲被分成多次输出至隔离模块20，形成脉冲串(参见图中的腔倒出脉冲173)。
其中，脉冲输出间隔t2为种子脉冲在第二谐振腔中振荡一周的时间，一般在几百皮秒左右；其中，脉冲能量可以根据第一电光调制元件34施加电压增大曲线斜率来控制。
具体地，参见图18，第二脉冲模式3(对应第二电压时序181)的工作时序为：
在一阶段和二阶段的工作时序与图15的第一脉冲模式相同，在此不再赘述。
在三阶段，第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压减小到0，第三电光调制元件40施加电压由λ/2波电压减小到0过程中，第二谐振腔腔内振荡的第一偏振脉冲一部分转变为第二偏振脉冲，出射出腔外的隔离模块20，一部分继续保持为第一偏振脉冲在第二谐振腔腔内振荡，种子源脉冲以间隔t2输出到第二谐振腔外，再以间隔t1输出到第一谐振腔外。
其中，脉冲输出间隔t1为种子源脉冲在第一谐振腔内振荡一周的时间，一般在十几纳秒左右，通常略大于种子脉冲的间隔；脉冲输出的间隔t2为种子源脉冲在第二谐振腔内振荡一周的时间，一般在几百皮秒左右；第一电光调制元件34施加电压由λ/4波电压减小到0的时间决定了输出的间隔t2的脉冲的个数P，输出脉冲能量可以根据第一电光调制元件34电压变化曲线斜率来控制；第三电光调制元件40电压由λ/2波电压减小到0的时间决定了输出的间隔t1的脉冲的个数N，输出脉冲能量可以根据第三电光调制元件40电压变化曲线斜率来控制。
在上述实施例中，一阶段为脉冲导入阶段，二阶段为同一脉冲振荡及放大阶段，三阶段为同一脉冲导出阶段，不同脉冲之间的阶段可能存在交叉。
在上述实施例中，相同的结构通过不同电压时序的控制，可以实现不同模式间的灵活切换；并且在同一突发模式下，由于电压时序控制的不同，可以获得产生纳秒间隔和/或皮秒间隔的突发脉冲。
在上述实施例中，参见图19，增益调节单元33包括第一曲面反射元件331、第二曲面反射元件332、第三全反射元件333以及增益元件334。还包括未在图中显示的泵浦激光器，放置在第一曲面反射元件331、第二曲面反射元件332两侧作为再生放大的端面泵浦源，通过泵浦增益协调可以控制输出脉冲能量。
第一曲面反射元件331，设置为接收第二偏振元件透射的第一偏振脉冲。
第二曲面反射元件332，与第一曲面反射元件331相对设置，设置为接收第一曲面反射元件331反射的第一偏振脉冲，并反射至第二全反射元件333。
第三全反射元件333，设置为接收第二曲面反射元件332反射的第一偏振脉冲，并反射回第二曲面反射元件332。
增益元件334，设置在第一曲面反射元件331和第二曲面反射元件332的光路之间，设置为第一曲面反射元件331和第二曲面反射元件332的光路之间的第一偏振脉冲进行放大。
其中，第一曲面反射元件331、第二曲面反射元件332的焦点重合，增益元件334设置在两者的焦点位置，以获得更高的端面泵浦效率。增益元件334可选为激光晶体。
需要说明的是，激光脉冲控制系统中各个模块中的具体组成并不局限于上述实施例，还可以根据实际需要或者实际中的电压时序进行变换。
本实施例提供的激光脉冲控制系统，通过种子源10提供第一偏振脉冲，隔离模块20通过一次偏振转换和隔离处理，使得第一偏振脉冲转换成能够入射至再生放大器30的第二偏振脉冲以使再生放大器30对脉冲进行不同模式的偏振转换及放大，获取不同脉冲数目和能量的单一脉冲或脉冲串，从而根据实际需要以简单的结构实现不同模式间的灵活切换，便于用户使用，更加符合激光加工的需求。
参见图20，图20为基于上述实施例的激光脉冲控制系统的激光脉冲控制方法的流程图。
在本实施例中，该激光脉冲控制方法包括步骤S101、步骤S102以及步骤S103。
在步骤S101中，提供第一偏振脉冲。
步骤S101由上述实施例中的种子源10执行，关于执行过程的具体描述参见上述实施例中种子源10的相关描述，在此不再赘述。
在步骤S102中，对第一偏振脉冲进行隔离处理，获得垂直于第一偏振脉冲的第二偏振脉冲。
步骤S102由上述实施例中的隔离模块20执行，关于执行过程的具体描述参见上述实施例中隔离模块20的相关描述，在此不再赘述。
在步骤S103中，根据电压时序在第一脉冲模式或第二脉冲模式下对第二偏振脉冲进行对应的偏振转换及放大处理，获得对应的单一脉冲或脉冲串并输出。
步骤S103由上述实施例中的再生放大器30执行，关于执行过程的具体描述参见上述实施例中再生放大器30的相关描述，在此不再赘述。
本实施例提供的激光脉冲控制方法，通过对种子源脉冲进行不同模式的偏振转换及放大处理，获取不同脉冲数目和能量的单一脉冲或脉冲串，从而根据实际需要以简单的步骤实现不同模式间的灵活切换，便于用户使用，更加符合激光加工的需求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种激光脉冲控制系统，其特征在于，包括：
种子源，设置为提供第一偏振脉冲；
隔离模块，设置为对第一偏振脉冲进行隔离处理，获得垂直于第一偏振脉冲的第二偏振脉冲，输出至再生放大器；或对接收的第二偏振脉冲输出至外部；
再生放大器，设置为根据电压时序在第一脉冲模式或第二脉冲模式下对所述第二偏振脉冲进行对应的偏振转换及放大处理，获得对应的单一脉冲或脉冲串并输出至所述隔离模块；
所述再生放大器包括：
第二偏振元件，设置为透射第一偏振脉冲，反射第二偏振脉冲；
第一全反射元件，设置为对入射的偏振脉冲进行全反射；
增益调节单元，设置为接收所述第二偏振元件透射的第一偏振脉冲，进行放大后输出至所述第二偏振元件；
第一电光调制元件，包括普克尔盒和电压控制器，设置在所述第二偏振元件和所述第一全反射元件的光路之间，设置为在施加λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态；
λ/4波片，设置在所述第二偏振元件和所述第一电光调制元件的光路之间，设置为对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲；
第三偏振元件，设置为透射第一偏振脉冲，反射第二偏振脉冲；
第二全反射元件，设置为接收所述第三偏振元件透射的第一偏振脉冲，反射回所述第三偏振元件；
第四反射元件，设置为接收第三电光调制元件输出的脉冲，反射至所述第三偏振元件；或接收所述第三偏振元件反射的第二偏振脉冲，反射至所述第三电光调制元件；
第三电光调制元件，设置为接收所述第二偏振元件出射的脉冲或接收所述第四反射元件反射的脉冲，在λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。
2.根据权利要求1所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，所述隔离模块包括在光路中依次设置的第一反射元件、第一偏振元件、半波片、隔离器、第二反射元件以及第三反射元件。
3.根据权利要求1所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，所述第一脉冲模式为普通的脉冲模式，最终获得单一脉冲；所述第二脉冲模式为突发模式。
4.根据权利要求3所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，所述第一电光调制元件根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式；
所述电压时序包括对应第一脉冲模式的第一电压时序和对应第二脉冲模式的第二电压时序，所述第一电压时序的电压依次为：一阶段的λ/4波电压、二阶段的0以及三阶段的λ/4波电压；所述第二电压时序的电压依次为：一阶段的λ/4波电压、二阶段的0以及三阶段的由0逐渐增大为λ/4波电压。
5.根据权利要求1所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，所述第一电光调制元件根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式；
所述电压时序包括对应第一脉冲模式的第一电压时序和对应第二脉冲模式的第二电压时序，所述第一电压时序的电压依次为：一阶段的0、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的0；所述第二电压时序的电压依次为：一阶段的0、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的由λ/4波电压逐渐降低为0。
6.根据权利要求1所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，所述再生放大器还包括：
第二电光调制元件，设置在所述第一电光调制元件和所述第一全反射元件的光路之间，设置为在λ/2波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲偏转90°，在施加λ/4波电压时对入射的第一偏振脉冲或第二偏振脉冲转换为椭圆偏振脉冲，在施加电压为0时对入射的偏振脉冲维持当前偏振状态。
7.根据权利要求6所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，所述第一电光调制元件和所述第二电光调制元件根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式；
所述电压时序包括对应第一脉冲模式的第一电压时序和对应第二脉冲模式的第二电压时序，所述第一电压时序中施加于所述第一电光调制元件的电压依次为：一阶段的0、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的0，所述第一电压时序中施加于所述第二电光调制元件的电压均为0；所述第二电压时序中施加于所述第一电光调制元件的电压依次为：一阶段的0、二阶段的λ/4波电压以及三阶段的由λ/4波电压逐渐降低为0，所述第二电压时序中施加于所述第二电光调制元件的电压均为0。
8.根据权利要求1所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，所述第一电光调制元件和所述第三电光调制元件根据电压时序进入第一脉冲模式或第二脉冲模式；
所述电压时序包括对应第一脉冲模式的第一电压时序和对应第二脉冲模式的第二电压时序，所述第一电压时序中施加于所述第一电光调制元件的电压均为λ/4波电压，所述第一电压时序中施加于所述第三电光调制元件的电压包括一阶段的0、λ/2波电压，二阶段的λ/2波电压以及三阶段的0、λ/2波电压；所述第二电压时序中施加于所述第一电光调制元件的电压均为λ/4波电压，所述第二电压时序中施加于所述第三电光调制元件的电压包括一阶段的0、λ/2波电压，二阶段的λ/2波电压以及三阶段的由λ/2波电压逐渐降低为0。
9.根据权利要求3-8任一项所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，所述增益调节单元包括：
第一曲面反射元件，设置为接收所述第二偏振元件透射的第一偏振脉冲；
第二曲面反射元件，与所述第一曲面反射元件相对设置，设置为接收所述第一曲面反射元件反射的第一偏振脉冲，并反射至第二全反射元件；
第三全反射元件，设置为接收所述第二曲面反射元件反射的第一偏振脉冲，并反射回所述第二曲面反射元件；
增益元件，设置在所述第一曲面反射元件和所述第二曲面反射元件的光路之间，设置为所述第一曲面反射元件和所述第二曲面反射元件的光路之间的第一偏振脉冲进行放大。
10.一种激光脉冲控制方法，基于如权利要求1-9任一项所述的激光脉冲控制系统，其特征在于，包括：
提供第一偏振脉冲；
对第一偏振脉冲进行隔离处理，获得垂直于第一偏振脉冲的第二偏振脉冲；
根据电压时序在第一脉冲模式或第二脉冲模式下对所述第二偏振脉冲进行对应的偏振转换及放大处理，获得对应的单一脉冲或脉冲串并输出。
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