CN112271538A - 一种激光器及其脉冲宽度调制方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光器及其脉冲宽度调制方法,包括皮秒光纤振荡器和全固态激光放大器,所述皮秒光纤振荡器具有光谱滤波器件以及用于调节光谱滤波器件温度的温控单元,皮秒光纤振荡器产生的激光脉冲经光谱滤波器件的滤波作用后传输至具有色散特性的全固态激光放大器,再由全固态激光放大器输出。温控单元的设置可实现对光谱滤波器件温度的调节,当光谱滤波器件的温度发生变化时,则光谱滤波器件的光谱滤波范围发生变化,进而改变了皮秒光纤振荡器输出激光脉冲的波长范围,实现了在不改变激光传输方向的前提下对激光脉冲宽度的调节。

Description

一种激光器及其脉冲宽度调制方法
技术领域
本申请涉及激光器技术领域,尤其是涉及一种激光器及其脉冲宽度调制方法。
背景技术
皮秒激光光源与计算机数控技术相结合构成高效自动化加工设备,已成为工业加工领域的关键技术。伴随着工业应用的发展,对加工精度以及加工效率都提出了更高的要求。为了进一步提高加工精度,减少加工过程中存在的热影响以及热影响带来的衍生不良效果,皮秒激光已逐渐成为工业加工领域的首选激光光源。
由于针对不同的加工材料和加工工艺要求,需要皮秒激光器输出激光的脉冲宽度具有调节功能,从而在不同材料和不同工艺加工中实现最优的加工结果。目前,工业加工领域内普遍采用的皮秒激光器,其激光的脉冲宽度为固定值,无法灵活调节激光的脉冲宽度,从而降低加工精度。
发明内容
本申请目的是提供一种激光器及其脉冲宽度调制方法,能够在不改变激光传输方向的前提下实现对激光脉冲宽度的调节。
本申请的上述申请目的是通过以下技术方案得以实现的:
第一方面,本申请提供了一种激光器,包括皮秒光纤振荡器和全固态激光放大器,所述皮秒光纤振荡器具有光谱滤波器件以及用于调节光谱滤波器件温度的温控单元,皮秒光纤振荡器产生的激光脉冲经光谱滤波器件的滤波作用后传输至具有色散特性的全固态激光放大器,再由全固态激光放大器输出。
通过采用上述技术方案,温控单元的设置可实现对光谱滤波器件温度的调节,当光谱滤波器件的温度发生变化时,则光谱滤波器件的光谱滤波范围发生变化,进而改变了皮秒光纤振荡器输出激光脉冲的波长范围。波长变化的激光脉冲在非线性效应以及全固态激光放大器的色散特性影响下,使得经过全固态激光放大器的激光脉冲宽的发生改变,从而实现了对激光器输出脉冲宽的的调节;同时,由于是通过改变光谱滤波器件温度提供了具备啁啾特性的激光脉冲,在调节激光脉冲输出宽度时,激光脉冲的方向不会受到影响,实现了在不改变激光传输方向的前提下对激光脉冲宽度的调节。
优选的,所述皮秒光纤振荡器与所述全固态激光放大器之间设置有保偏光纤。
通过采用上述技术方案,保偏光纤的设置不但实现了激光脉冲由皮秒光纤振荡器传输至全固态激光放大器,同时也保证了激光脉冲的线偏振方向不变。
优选的,所述光谱滤波器件设置为光纤光栅。
通过采用上述技术方案,光纤光栅作为一种常用的光谱滤波器件,对于相关领域的技术人员而言,其应用更为方便,降低了激光器的制作难度。
优选的,所述温控单元包括用于对光谱滤波器件进行加热的加热器件以及控制加热器件工作的控制器。
通过采用上述技术方案,控制器的设置可实现对加热器件工作的控制,以便于实现对光谱滤波器件温度的调节。
优选的,所述加热器件为接触式器件或非接触式器件。
优选的,所述接触式器件设置为电加热片,所述电加热片设置有容纳所述光谱滤波器件的让位槽。
通过采用上述技术方案,让位槽的设置不但提供了容纳光谱滤波器件的空间,同时,也能够提高电加热片对光谱滤波器件的加热效果。
优选的,所述光谱滤波器件通过导热胶固定在所述让位槽内。
通过采用上述技术方案,导热胶为常用的固定用粘接剂,其在一定程度上降低了激光器的制作难度。
第二方面,本申请还提供了一种激光器脉冲宽度调制方法,其特征在于,所述激光器为上述中的任一种激光器,所述调制方法包括:
获取所述激光器输出激光脉冲宽度随光谱滤波器件温度变化的关联数据;
获取所述激光器的目标脉冲宽度;
依据所述关联数据以及目标脉冲宽度数据输出控温信号,所述温控单元依据所述温控信号将所述光谱滤波器件加热至与目标脉冲宽度对应的温度。
通过采用上述技术方案,本方案中,激光器输出脉冲宽度随光谱滤波器件的温度变化而变化,当需要调节激光器输出脉冲宽度时,可依据预先获取的关联数据以及目标脉冲宽度对光谱滤波器件进行加热。本方案不但能够实现激光器输出脉冲宽度的调节,在调节过程中,皮秒激光在空间上传输方向也不会发生变化。
附图说明
图1是本申请激光器的结构示意图。
图2是本申请光谱滤波器件与加热器件的结构关系示意图。
图3是激光器输出的激光脉冲宽度随光谱滤波器件温度变化的曲线图。
图4是激光器的脉冲宽度调制方法流程图。
图5是另一示例中激光器的结构示意图。
图中,1、皮秒光纤振荡器;12、光谱滤波器件;13、温控单元;131、加热器件;1311、让位槽;132、控制器;2、全固态激光放大器;3、保偏光纤;4、 脉宽检测装置。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
另外,本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,如无特殊说明,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。
皮秒激光器作为作为激光加工技术中的核心部件,其应用过程中的脉冲宽度灵活调节能力已经愈发的受到重视。由于激光加工本身就属于高精度要求型技术,故而在调节激光器脉冲宽度的过程中,激光脉冲的空间传输方向不能发生变化。然而,相关技术中并没有能够实现上述功能的激光器,这也成了激光器领域的技术人员亟待解决的技术问题。本申请的目的就是为了提供一种能够实现上述功能的激光器。
参照图1和图2,本申请实施例提供的激光器包括皮秒光纤振荡器1、全固态放大器以及设置在皮秒光纤振荡器1和全固态激光放大器2质检的保偏光纤3。皮秒光纤振荡器1输出的激光脉冲经保偏光纤3传输至全固态激光放大器2后,经全固态激光放大器2输出。
皮秒光纤振荡器1内设置有光谱滤波器件12以及用于调节光谱滤波器件12的温控单元13。共振器11产生的激光脉冲经光谱滤波器件12的滤波作用后输出至全固态激光放大器2。
当通过温控单元13调节光谱滤波器件12温度时,可以改变光谱滤波器件12的滤波范围,从而改变皮秒光纤振荡器1输出的激光脉冲波长范围。皮秒光纤振荡器1受元器件色散和非线性效应的影响,其输出激光脉冲所包含的啁啾具有线性啁啾、非线性啁啾、正啁啾和负啁啾的特点,通常表现为激光脉冲所包含的不同脉冲波长具有不同的啁啾特性。
全固态激光放大器2具有色散特性,基于全固态激光放大器2的制作,其所具备的色散特性包括正色散和负色散。本申请实施例中,全体固态激光放大器由具备正色散性质的晶体制作而成,所以其本身具备正色散特性。皮秒光纤振荡器1输出的激光脉冲传输到全固态激光放大器2后,激光脉冲本身的啁啾特性与全固态激光放大器2的色散特性相互作用,从而改变激光脉冲的脉冲宽度。
参照图2和图3,为了更清楚的表述激光器输出的激光脉冲宽度随光谱滤波器件12温度变化而变化的特性,以下依据一组实验数据对全固态激光放大器2输出的脉冲宽度随光谱滤波器件12温度的变化进行说明,横坐标为光谱滤波器件12的温度,单位为℃,纵坐标为全固态激光放大器2输出的激光脉冲宽度,单位为ps。
通过温控单元13调节光谱滤波器件12的温度6℃-40℃变化,则全固态激光放大器2输出的皮秒激光脉冲宽度9.5皮秒-15皮秒变化。当降低光谱滤波器件12温度时,皮秒激光振荡器输出的激光脉冲波长向短波长方向变化,激光脉冲具有的负啁啾与全固态激光放大器2所具有的正色散相抵消,使得全固态激光放大器2输出的激光脉冲宽度变小。当提高光谱滤波器件12温度时,皮秒光纤振荡器1输出激光脉冲波长向长波长方向变化,激光脉冲具有的正啁啾与全固态激光放大器2所具有的正色散相叠加,使得全固态激光放大器2输出的激光脉冲宽度变大。
由于整个调节过程中仅通过控制光谱滤波器件12的温度即可实现对激光器输出激光脉冲宽度的调节,避免了对激光脉冲空间上的传输方向的影响。
再参照图2,温控单元13包括用于对光谱滤波器件12进行加热的加热器件131以及控制加热器件131工作的控制器132。加热器件131为接触式器件或非接触式器件,接触式器件为与光谱滤波器件12固定连接的器件,如电加热片;非接触式器件为与光谱滤波器件12之间有空间间隙的加热器件131,如内附有电加热丝的加热腔体,本实施例中加热器件131优先为与光谱滤波器件12直接接触的电加热片。电加热片设置有用于容纳光谱滤波器件12的让位槽1311,光谱滤波器件12通过导热胶固定在让位槽1311内。当控制器132控制电加热片工作时,可通过电加热片实现对光谱滤波器件12的加热。让位槽1311的设置不但提供了容纳光谱滤波器件12的空间,同时,也能够提高电加热片对光谱滤波器件12的加热效果。
进一步的,由皮秒光纤振荡器1输出的皮秒激光均经过了光谱滤波器件12的光谱滤波,然后传输至保偏光纤3,保偏光纤3再将皮秒激光传输至至全固态激光放大器2,这一过程保证了由皮秒光纤振荡器1输出的皮秒激光在传输至全固态激光放大器2过程中,不改变激光器的传输方向的前提下对激光脉宽宽度的调节。
参照图4,本申请实施例还提供了一种上述激光器的脉冲宽度调制方法,具体包括:
获取激光器输出激光脉冲宽度随光谱滤波器件12温度变化的关联数据;
获取激光器的目标脉冲宽度;
依据关联数据以及目标脉冲宽度数据输出控温信号,温控单元13依据温控信号将光谱滤波器件12加热至与目标脉冲宽度对应的温度。
由于每一激光器制作完成后,其内部的全固态激光放大器2以及皮秒光纤振荡器1都已经定型,依据制作全固态激光放大器2以及皮秒光纤振荡器1的材质不同,关联数据也不相同。故,在激光器制作完成后,首先对激光器进行全量程测试,得出激光器输出激光脉冲宽度随光谱滤波器件12温度变化的关联数据,然后将关联数据存储在控制器132中。
目标脉冲宽度为激光器使用人员希望激光器输出的脉冲宽度。获取目标脉冲宽度的方式可以是远程输入至控制器132,如通过无线传输方式将目标脉冲宽度传输至控制器132;也可以是就地输入至控制器132,如通过安装在激光器上的触摸屏将目标脉冲宽度输入至控制器132。控制器132获取目标脉冲宽度的方式为现有技术中常见的数据接收方式,在此不再赘述。优选的,控制器132通过无线传输的方式获取目标脉冲宽度。
当控制器132接收到目标脉冲宽度后,依据关联数据输出与目标脉冲宽度对应的控温信号,使得加热器件131将光谱滤波器件12加热至与目标脉冲宽度对应的温度。
参照图5,在另一个示例中,控制器132还连接有用于检测激光器输出脉冲宽度的脉宽检测装置,激光器使用人员可依据光器输出激光脉冲宽度随光谱滤波器件12温度变化的关系,通过温控单元13调节光谱滤波器件12的温度,以使得激光器输出的激光脉冲宽度达到目标脉冲宽度。此时,控制器132应包含有显示屏,用于显示脉宽检测装置检测到的脉冲宽度数据。
本申请实施例的实施原理为:温控单元13的设置可实现对光谱滤波器件12温度的调节,当光谱滤波器件12的温度发生变化时,则光谱滤波器件12的光谱滤波范围发生变化,进而改变了皮秒光纤振荡器1输出激光脉冲的波长范围。波长变化的激光脉冲在非线性效应以及全固态激光放大器2的色散特性影响下,使得经过全固态激光放大器2的激光脉冲宽的发生改变,从而实现了对激光器输出脉冲宽的的调节;同时,由于是通过改变光谱滤波器件12温度提供了具备啁啾特性的激光脉冲,在调节激光脉冲输出宽度时,激光脉冲的方向不会受到影响,实现了在不改变激光传输方向的前提下对激光脉冲宽度的调节。

Claims (8)

1.一种激光器,其特征在于:包括皮秒光纤振荡器(1)和全固态激光放大器(2),所述皮秒光纤振荡器(1)具有光谱滤波器件(12)以及用于调节光谱滤波器件(12)温度的温控单元(13),皮秒光纤振荡器(1)产生的激光脉冲经光谱滤波器件(12)的滤波作用后传输至具有色散特性的全固态激光放大器(2),再由全固态激光放大器(2)输出。
2.根据权利要求1所述的一种激光器,其特征在于:所述皮秒光纤振荡器(1)与所述全固态激光放大器(2)之间设置有保偏光纤(3)。
3.根据权利要求1所述的一种激光器,其特征在于:所述光谱滤波器件(12)设置为光纤光栅。
4.根据权利要求1所述的一种激光器,其特征在于:所述温控单元(13)包括用于对光谱滤波器件(12)进行加热的加热器件(131)以及控制加热器件(131)工作的控制器(132)。
5.根据权利要求4所述的一种激光器,其特征在于:所述加热器件(131)为接触式器件或非接触式器件。
6.根据权利要求5所述的一种激光器,其特征在于:所述接触式器件设置为电加热片,所述电加热片设置有容纳所述光谱滤波器件(12)的让位槽(1311)。
7.根据权利要求6所述的一种激光器,其特征在于:所述光谱滤波器件(12)通过导热胶固定在所述让位槽(1311)内。
8.一种激光器脉冲宽度调制方法,其特征在于,所述激光器为权利要求1-7中的任一种激光器,所述调制方法包括:
获取所述激光器输出激光脉冲宽度随光谱滤波器件(12)温度变化的关联数据;
获取所述激光器的目标脉冲宽度;
依据所述关联数据以及目标脉冲宽度数据输出控温信号,所述温控单元(13)依据所述温控信号将所述光谱滤波器件(12)加热至与所述目标脉冲宽度对应的温度。
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