CN111244742A - 多路同源泵浦系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多路同源泵浦系统及其控制方法，包括：用于输出泵浦激光光束的泵浦光源、沿所述泵浦激光光束的光路依次设置的用于在工作状态下改变入射光束偏振方向的电光开关、多个用于形成多路泵浦光的偏振片、与电光开关控制连接用于实现电光开关工作状态转换的同步机、用于改变经偏振片后泵浦激光光束的偏振态以确保多路泵浦光偏振态一致的半波片，本系统通过对电光开关进行控制，进行时分复用多路泵浦，可以快速的对泵浦激光光束进行输出调节，满足泵浦要求，且仅需要单路的功率即可以满足多路的需求，使得整个系统结构简单、操作方便、成本低。

Description

多路同源泵浦系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及激光技术领域，特别涉及一种多路同源泵浦系统及其控制方法。

背景技术

在激光技术领域中，激光器包括增益介质、泵浦激光和谐振腔三个部分，激光器输出的激光光束与普通光相比最突出的特点是其具有高度的方向性、单色性、相干性、和高亮度。同源泵浦是指同一个泵浦光源为多个激光系统提供泵浦。在光谱研究、光电检测、大气污染检测和光化学等领域中，对激光光源的需求为宽光谱激光光束或者有多个波段的激光光束，显然单个光源由于其输出激光的单色性，难以满足应用需求。

在现有的激光系统中采用多个激光器模块来获得不同波段的激光光束输出，每个激光器模块具有不同的激光晶体和谐振腔参数，但是需要相同的泵浦光光束。现有技术中通过多个激光器共用一个泵浦激光光源来实现泵浦光，包括两种方式，一是采用分光镜的模式，每一路激光通过设计的分光镜从总的泵浦激光中固定的分出一定的泵浦激光；另一种是，采用波片加偏振片的模式，通过调节波片和偏振片，来调节泵浦光的分光，可以实现同一个泵浦光下对多个激光器进行满功率泵浦。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：采用分光镜的模式实现泵浦光，其需要的泵浦总功率大，此外，每一路输出的泵浦光光束固定、无法调节，系统庞大、成本高；采用波片加偏振片的模式实现泵浦光，每一路输出的泵浦光光束需要手动调节，调节速度慢，使用过程复杂，无法满足高速泵浦切换的需求。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种多路同源泵浦系统及其控制方法，以在一定程度上解决采用分光镜模式和采用波片加偏振片的模式中存在成本高和调节速度慢的技术问题。

在一些实施例中，多路同源泵浦系统，包括：用于输出泵浦激光光束的泵浦光源、沿所述泵浦激光光束的光路依次设置的用于在工作状态下改变入射光束偏振方向的电光开关、多个用于形成多路泵浦光的偏振片、与电光开关控制连接用于实现电光开关工作状态转换的同步机、用于改变经偏振片后泵浦激光光束的偏振态以确保多路泵浦光偏振态一致的半波片。

在一些实施例中，多路同源泵浦系统的控制方法，包括：获取泵浦光源输出的激光光束；所述激光光束在电光开关不工作时，依次经过所述电光开关透射、第一偏振片透射和半波片改变偏振方向后，得到第一路泵浦光束；所述激光光束在所述电光开关工作时，依次经过所述电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射和第二偏振片透射后，得到第二路泵浦光束；其中，通过同步机控制所述电光开关的通断。

在一些实施例中，多路同源泵浦系统的控制方法，包括：获取泵浦光源输出的激光光束；所述脉冲激光光束依次经过反射镜反射、分光镜分光后得到第一透射光束和第一反射光束；通过光电管将所述第一透射光束转换为电信号，传入同步机内建立时钟；所述同步机控制第一电光开关不工作时，所述第一反射光束依次经过第一电光开关透射、第一偏振片透射和第一偏振片改变偏振方向后，得到第一路泵浦光束；所述同步机控制第一电光开关工作、第二电光开关不工作时，所述第一反射光束依次经过所述第一电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射、第二电光开关透射和第二偏振片反射后，得到第二路泵浦光束；所述同步机控制第一电光开关工作、第二电光开关工作时，所述第一反射光束依次经过所述第一电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射、第二电光开关改变偏振方向、第二偏振片透射、第二半波片改变偏振方向和第三偏振片反射后，得到第三路泵浦光束。

本公开实施例提供的多路同源泵浦系统及其控制方法，可以实现以下技术效果：

通过对电光开关进行控制，进行时分复用多路泵浦，可以快速的对泵浦激光光束进行输出调节，满足泵浦要求，且仅需要单路的功率即可以满足多路的需求，使得整个系统结构简单、操作方便、成本低。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一种多路同源泵浦系统结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一多路同源泵浦系统结构示意图；

图3是本公开实施例提供的另一多路同源泵浦系统结构示意图；

图4是本公开实施例提供的另一多路同源泵浦系统结构示意图；

图5是本公开实施例提供的三路同源泵浦脉冲输出示意图；

图6是本公开实施例提供的另一多路同源泵浦系统结构示意图；

图7是本公开实施例提供的另一多路同源泵浦系统结构示意图；

图8是本公开实施例提供的另一多路同源泵浦系统结构示意图。

附图中：11-泵浦光源、12-电光开关、121-第一电光开关、122-第二电光开关、131-第一偏振片、132-第二偏振片、133-第三偏振片、14-同步机、15-半波片、151-第一半波片、152-第二半波片、21-反射镜、22-分光镜、31-光电管、32-开关驱动器、321-第一开关驱动器、322-第二开关驱动器、41-控制器。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”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，以便这里描述的本公开实施例的实施例。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。

为了便于理解，下面对本申请涉及的概念进行解释：

P偏振光和S偏振光，当光束以非垂直角度穿透光学元件(如分光镜)的表面时，光束的反射和透射特性均依赖于偏振现象。这种情况下，使用的坐标系是用含有输入和反射光束的平面定义的。如果光线的偏振矢量在这个平面内，则称为p-偏振，如果偏振矢量垂直于该平面，则称为s-偏振。任何一种输入偏振状态都可以表示为s和p分量的矢量和。

结合图1所示，本公开实施例提供了一种多路同源泵浦系统，包括：用于输出泵浦激光光束的泵浦光源11、沿泵浦激光光束的光路依次设置的用于在工作状态下改变入射光束偏振方向的电光开关12、多个用于形成多路泵浦光的偏振片131和132、与电光开关12控制连接用于实现电光开关工作状态转换的同步机14、用于改变经偏振片后泵浦激光光束的偏振态以确保多路泵浦光偏振态一致的半波片15。

在一些实施例中，泵浦光源用于输出泵浦激光，泵浦激光为线偏振光，泵浦激光光束为平行光束，泵浦光源输出模式为脉冲激光或者连续激光。

在一些实施例中，电光开关由开关驱动器提供驱动电流。在开关驱动器不工作的情况下，电光开关无驱动电流，电光开关对经过的激光光束无影响，激光光束直接透射；在开关驱动器工作的情况下，开关驱动器为电光开关提供驱动电流，电光开关处于工作状态，电光开关将入射的激光光束的偏振方向旋转90°，即，将P偏振光转换为S偏振光，将S偏振光转换为P偏振光。

如图1所示，在一些实施例中，多个偏振片至少包括第一偏振片131和第二偏振片132。偏振片用于透射偏振方向为P偏振的入射激光光束，反射偏振方向为S偏振的入射激光光束。

在一些实施例中，同步机用于实现电光开关工作状态转换。同步机为开关驱动器提供触发电平，使开关驱动器工作。同步机具有多个输出通道，每一路均可以输出控制电平信号。

在一些实施例中，开关驱动器产生驱动电流，驱动电流的时间波形根据同步机提供的触发电平生成。

在一些实施例中，用于改变经偏振片后泵浦激光光束的偏振态包括：将入射线偏振光的角度旋转90°，即将P偏振光转换为S偏振光，将S偏振光转换为P偏振光。

在一些实施例中，泵浦光源输出连续激光光束，连续激光光束进入电光开关，在电光开关不工作的情况下，电光开关对激光光束无影响，激光光束透射，经过第一偏振片透射、半波片改变透射光束的偏振态，得到第一泵浦输出；在同步机为开关驱动器提供触发电平，开关驱动器提供驱动电流，电光开关处于工作状态，电光开关改变激光光束的偏振方向后，经过第一偏振片反射、第二偏振片反射后，得到第二泵浦输出。

在一些实施例中，采用高速电光开关进行控制，可以实现对泵浦激光的高速切换。

采用电光开关进行控制，进行时分复用多路泵浦，可以快速地对泵浦激光光束进行输出调节，满足泵浦要求，且仅需要单路的功率即可以满足多路的需求，使得整个系统结构简单、操作方便、成本低。

如图2所示，在一些实施例中，前述多路同源泵浦系统，还包括：用于反射泵浦激光光束的反射镜21，用于将反射镜21反射的激光光束进行分束的分光镜22，反射镜21、分光镜22依次设置于泵浦光源11与电光开关12之间。

在一些实施例中，泵浦光源输出连续激光光束，连续激光光束经过反射镜反射、分光镜反射后进入电光开关，在电光开关不工作的情况下，电光开关对激光光束无影响，激光光束透射，经过第一偏振片透射、半波片改变透射光束的偏振态，得到第一泵浦输出；在同步机为开关驱动器提供触发电平时，开关驱动器提供驱动电流，电光开关处于工作状态，电光开关改变激光光束的偏振方向后，经过第一偏振片反射、第二偏振片反射后，得到第二泵浦输出。

在一些实施例中，反射镜为45°反射镜。

在一些实施例中，同步机具有内时钟的工作模式。通过同步机内时钟对输出进行控制，实现连续激光输出多路泵浦光束。

如图3所示，在一些实施例中，前述多路同源泵浦系统，还包括：用于将光信号转换为电信号输入同步机14的光电管31，光电管31与同步机14电连接。同步机14通过开关驱动器32控制电光开关12。

在一些实施例中，泵浦光源输出脉冲激光光束，脉冲激光光束经过反射镜反射、分光镜分束后，得到第一透射光束和第一反射光束，光电管将第一透射光束由光信号转换为电信号，得到第一透射电信号，第一透射电信号输入同步机，同步机根据第一透射电信号建立时钟；第一反射光束进入电光开关，在电光开关不工作的情况下，电光开关对激光光束无影响，第一反射光束透射，经过第一偏振片透射、半波片改变透射光束的偏振态，得到第一泵浦输出；在同步机为开关驱动器提供触发电平时，开关驱动器提供驱动电流，电光开关处于工作状态，电光开关改变第一反射光束的偏振方向后，经过第一偏振片反射、第二偏振片反射后，得到第二泵浦输出。这样，采用分光耦合进入光电管的方式，同步机根据从光电管输入的电信号建立时钟，可以满足脉冲泵浦激光的高精度要求。

如图4所示，在一些实施例中，电光开关包括，第一电光开关121和第二电光开关122；偏振片包括，第一偏振片131、第二偏振片132和第三偏振片133；半波片包括，第一半波片151和第二半波片152；泵浦光源11输出脉冲激光光束，脉冲激光光束经过反射镜21反射后，经过分光镜22的泵浦激光光束分为第一透射光束和第一反射光束；第一反射光束进入第一电光开关121；第一电光开关121不工作时，第一反射光束经过第一电光开关121透射后，得到第二透射光束，第一电光开关121工作时，改变第一反射光束的偏振态，得到第四透射光束；第二透射光束经过第一偏振片131透射后，得到第三透射光束，第四透射光束经过第一偏振片131反射后，得到第二反射光束；第一半波片151改变第三透射光束的偏振态，得到第一路泵浦光束；第二电光开关122不工作时，第二反射光束经过第二电光开关122透射后，得到第五透射光束，第二电光开关122工作时，改变第二反射光束的偏振态，得到第六透射光束；第五透射光束经过第二偏振片132反射后，得到第二路泵浦光束，第六透射光束经过第二偏振片132透射后，得到第七透射光束；第二半波片152改变第七透射光束的偏振态，得到第八透射光束；第八透射光束经过第三偏振片133反射后，得到第三路泵浦光束。这样，三种工作输出模式，通过控制同步机的输出电平信号，可以快速地切换泵浦输出光路。其中，第一电光开关121由第一开关驱动器321提供驱动电流，第二电光开关122由第二开关驱动器322提供驱动电流。

在一些实施例中，泵浦光源输出的脉冲激光光束波长为1064nm，输出功率为10W，脉冲重复频率为10kHz，单脉冲能量为1mJ，采用如图4所示的多路同源泵浦系统，同步机不提供触发电平输出的第一路泵浦光束；同步机提供触发电平给第一开关驱动器，第一电光开关工作，第二电光开关不工作时输出的第二路泵浦光束；和，同步机提供触发电平给第一开关驱动器，第一电光开关工作，同步机提供触发电平给第二开关驱动器，第二电光开关工作时，输出的第三路泵浦光束如图5所示。

采用两个电光开关进行控制，进行时分复用多路泵浦，可以快速地对泵浦激光光束进行输出调节，满足泵浦要求，且仅需要单路的功率即可以满足多路的需求，使得整个系统结构简单、操作方便、成本低。

如图6所示，在一些实施例中，多路同源泵浦系统，还包括：用于控制泵浦光源11的输出、控制同步机14输出的控制器41，控制器41与泵浦光源11和同步机14电连接。控制器控制泵浦光源输出泵浦光束，控制同步机进行各路信号的输出，通过控制器选择输出第一路泵浦光束或者第二路泵浦光束。

如图7所示，在一些实施例中，多路同源泵浦系统，还包括：用于控制泵浦光源11的输出、控制同步机14输出的控制器41，控制器41与泵浦光源11和同步机14电连接。控制器控制泵浦光源输出泵浦光束，控制同步机进行各路信号的输出，通过控制器选择输出第一路泵浦光束或者第二路泵浦光束。

如图8所示，在一些实施例中，多路同源泵浦系统，还包括：用于控制泵浦光源11的输出、控制同步机14输出的控制器41，控制器41与泵浦光源11和同步机14电连接。控制器控制泵浦光源输出泵浦光束，控制同步机进行各路信号的输出，通过控制器选择输出第一路泵浦光束或者第二路泵浦光束。

本公开实施例提供了一种多路同源泵浦系统的控制方法，包括：获取泵浦光源输出的激光光束；激光光束在电光开关不工作时，依次经过电光开关透射、第一偏振片透射和半波片改变偏振方向后，得到第一泵浦光束；激光光束在电光开关工作时，依次经过电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射和第二偏振片透射后，得到第二泵浦光束；其中，通过同步机控制电光开关的通断。这样，通过对高速电光开关进行控制，可以实现对泵浦激光的两路高速切换。

在一些实施例中，多路同源泵浦系统的控制方法，还包括：控制电光开关不工作并且处于半波片状态，激光光束通过电光开关，得到第一偏振光束和第一透射光束，通过调整电光开关的输入电压来调整第一偏振光束和第一透射光束的转换比例，控制依次经过电光开关、第一偏振片和半波片得到的第一路泵浦光束的输出功率，依次经过电光开关、第一偏振片和第二偏振片得到的第二路泵浦光束的输出功率。

本公开实施例提供了另一多路同源泵浦系统的控制方法，包括：获取泵浦光源输出的激光光束；脉冲激光光束依次经过反射镜反射、分光镜分光后得到第一透射光束和第一反射光束；通过光电管将第一透射光束转换为电信号，传入同步机内建立时钟；同步机控制第一电光开关不工作时，第一反射光束依次经过第一电光开关透射、第一偏振片透射和第一偏振片改变偏振方向后，得到第一路泵浦光束；同步机控制第一电光开关工作、第二电光开关不工作时，第一反射光束依次经过第一电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射、第二电光开关透射和第二偏振片反射后，得到第二路泵浦光束；同步机控制第一电光开关工作、第二电光开关工作时，第一反射光束依次经过第一电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射、第二电光开关改变偏振方向、第二偏振片透射、第二半波片改变偏振方向和第三偏振片反射后，得到第三路泵浦光束。这样，通过对两个高速电光开关的通断进行控制，可以实现对泵浦激光的三路高速切换。

Claims (8)

1.一种多路同源泵浦系统，其特征在于，包括：

用于输出泵浦激光光束的泵浦光源、沿所述泵浦激光光束的光路依次设置的用于在工作状态下改变入射光束偏振方向的电光开关、多个用于形成多路泵浦光的偏振片、与电光开关控制连接用于实现电光开关工作状态转换的同步机、用于改变经偏振片后泵浦激光光束的偏振态以确保多路泵浦光偏振态一致的半波片。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

用于反射所述泵浦激光光束的反射镜，用于将反射镜反射的激光光束进行分束的分光镜，所述反射镜、分光镜依次设置于所述泵浦光源与所述电光开关之间。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括；

用于将光信号转换为电信号输入所述同步机的光电管，所述光电管与所述同步机电连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电光开关包括，第一电光开关和第二电光开关；所述偏振片包括，第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片；所述半波片包括，第一半波片和第二半波片；

经过所述分光镜的泵浦激光光束分为第一透射光束和第一反射光束；所述第一反射光束进入所述第一电光开关；

所述第一电光开关不工作时，所述第一反射光束经过所述第一电光开关透射后，得到第二透射光束，所述第一电光开关工作时，改变所述第一反射光束的偏振态，得到第四透射光束；

所述第二透射光束经过所述第一偏振片透射后，得到第三透射光束，所述第四透射光束经过所述第一偏振片反射后，得到第二反射光束；

所述第一半波片改变所述第三透射光束的偏振态，得到第一路泵浦光束；

所述第二电光开关不工作时，所述第二反射光束经过所述第二电光开关透射后，得到第五透射光束，所述第二电光开关工作时，改变所述第二反射光束的偏振态，得到第六透射光束；

所述第五透射光束经过所述第二偏振片反射后，得到第二路泵浦光束，所述第六透射光束经过所述第二偏振片透射后，得到第七透射光束；

所述第二半波片改变所述第七透射光束的偏振态，得到第八透射光束；

所述第八透射光束经过所述第三偏振片反射后，得到第三路泵浦光束。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

用于控制所述泵浦光源的输出、控制所述同步机输出的控制器，所述控制器与所述泵浦光源和同步机电连接。

6.一种多路同源泵浦系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取泵浦光源输出的激光光束；

所述激光光束在第一电光开关不工作时，依次经过所述电光开关透射、第一偏振片透射和半波片改变偏振方向后，得到第一泵浦光束；

所述激光光束在所述第一电光开关工作，第二电光开关不工作时，依次经过所述电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射和第二偏振片透射后，得到第二泵浦光束；

所述激光光束在第一电光开关和第二电光开关均工作时，一次经过所述电光开关改变偏振方向、第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片透射后，得到第三泵浦光束；

其中，通过同步机控制所述电光开关的通断。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，还包括：

控制所述电光开关不工作并且处于半波片状态，所述激光光束通过所述电光开关，得到第一偏振光束和第一透射光束，通过调整所述电光开关的输入电压来调整所述第一偏振光束和所述第一透射光束的转换比例，控制依次经过所述电光开关、第一偏振片和半波片得到的第一路泵浦光束的输出功率，和，依次经过所述电光开关、所述第一偏振片和第二偏振片得到的第二路泵浦光束的输出功率。

8.一种多路同源泵浦系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取泵浦光源输出的激光光束；

所述脉冲激光光束依次经过反射镜反射、分光镜分光后得到第一透射光束和第一反射光束；

通过光电管将所述第一透射光束转换为电信号，传入同步机内建立时钟；

所述同步机控制第一电光开关不工作时，所述第一反射光束依次经过第一电光开关透射、第一偏振片透射和第一偏振片改变偏振方向后，得到第一路泵浦光束；

所述同步机控制第一电光开关工作、第二电光开关不工作时，所述第一反射光束依次经过所述第一电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射、第二电光开关透射和第二偏振片反射后，得到第二路泵浦光束；

所述同步机控制第一电光开关工作、第二电光开关工作时，所述第一反射光束依次经过所述第一电光开关改变偏振方向、第一偏振片反射、第二电光开关改变偏振方向、第二偏振片透射、第二半波片改变偏振方向和第三偏振片反射后，得到第三路泵浦光束。

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