CN113097839B - 一种激光放大系统保护装置及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光放大系统保护装置及其保护方法。本发明在放大器组的水冷系统上安装相应的水流计和温度计，在洁净间中设置温度计和湿度计，通过开关控制器判断水冷系统和洁净间环境是否正常，当不正常时开关控制器输出触发信号关闭机械开关，保护放大器组和CPA激光系统；将真空计连接至真空计控制器，真空计控制器判断压缩器所在的真空腔体是否满足真空条件，当不满足真空条件时，则真空计控制器输出触发信号至泵浦源的内置开关控制器，关闭内置开关，泵浦源将无法工作，但能够输出低功率激光至压缩器，由于功率低，所以压缩器安全，能够输出低功率激光给用户使用，并有效防止在压缩器真空度不够高的情况下，高能激光误操作进入压缩器的情况。

Description

一种激光放大系统保护装置及其保护方法

技术领域

本发明涉及激光技术，具体涉及一种激光放大系统保护装置及其保护方法。

背景技术

激光自上世纪六十年代发明至今，已被大量应用在各个领域。尤其啁啾激光脉冲放大(CPA)问世以来，激光器的峰值功率得到飞跃发展，激光脉冲峰值功率可达数PW(10¹⁵W)，激光光强可达10²²W/cm2，被广泛应用于激光等离子领域，极大推进该领域发展。

常见的CPA激光系统如图1所示，一个振荡器产生超短脉冲(脉冲宽度通常为皮秒或飞秒量级)作为种子源，经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长脉冲(脉宽长度几十皮秒到纳秒量级，具体展宽后的脉宽长度取决于最终需要放大的能量)，利用放大器组对已经展宽的长脉冲进行能量放大获得高能量脉冲，高能量的激光脉冲最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩到最小(回到种子源的脉宽量级)从而获得高峰值功率的强场激光脉冲。

CPA超快激光系统中，激光脉冲时间短，即使在放大器组中也是最多ns量级脉冲，同时泵浦源通常也是ns泵浦源，这就要求，泵浦源脉冲与放大器脉冲需要同步，此外，激光系统中还有很多电控光学元件，比如普克尔盒、声光调制器等这些元件通过外控电压来改变光学元件性质，从而实现对超快激光的光束控制。因此，超快激光系统中有一个非常重要的环节，为时序控制。如图2所示，振荡器产生的种子源时序为整个系统的源，通常该时序为几十MHz，将该种子源部分光利用探测器接收，探测器为光电探测器，获得种子源时序，通过分频器将该几十MHz的信号降频，获得系统所需要的重复频率与时序，提供给后续的泵浦源及电控光学元件。

整个CPA激光系统工程繁琐复杂，如图3所示，放大器组中的增益晶体需要水冷装置对其进行散热冷却，泵浦源具有水冷装置增益晶体进行散热冷却，泵浦源水冷装置通常要求较高，为水冷水冷却装置，需要另外的外循环水对泵浦源水冷装置进行热交换。由于CPA激光系统输出峰值功率高，因此压缩器需要在真空中，放置高峰值功率激光在大气中产生非线性效应，因此需要真空泵连接压缩腔。上述多个水冷装置，真空设备如果出现故障均会导致飞秒激光系统永久性损伤。目前为了保障CPA激光系统的安全，上述水冷，真空装置均通过人工检测的方式保障系统安全。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种激光放大系统保护装置及其保护方法，整个放大器链路将不会因为水冷不工作导致放大器组损坏，并有效防止在压缩器真空度不够高的情况下，高能激光误操作进入压缩器的情况。

CPA激光系统包括振荡器、展宽器、放大器组、压缩器、电控光学元件、放大器组水冷装置、泵浦源、泵浦源水冷装置、外循环水冷机、真空腔体、真空泵、探测器和分频器；其中，振荡器、展宽器、放大器组和压缩器依次相连，振荡器产生超短脉冲作为种子源，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲，再进入放大器组放大能量，获得高能量激光脉冲，最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩，电控光学元件实现对脉冲的光束控制；放大器组水冷装置连接放大器组，为放大器组内的增益晶体进行散热冷却，放大器组连接泵浦源，泵浦源连接泵浦源水冷装置，泵浦源水冷装置为水冷水冷却装置，泵浦源水冷装置连接外循环水冷机，进行热交换；放大器组水冷装置、泵浦源水冷装置和外循环水冷机统称为水冷系统；压缩器位于真空腔体内，真空泵连接至真空腔体，使得压缩器保持在真空中；种子源从振荡器出来后进入展宽器前分光至探测器，探测器连接至分频器，分频器分别连接至泵浦源和电控光学器件，从振荡器发出的超短脉冲的一部分由探测器接收，获得种子源时序传输至分频器，分频器将种子源的高频信号降频，获得CPA激光系统所需要的重复频率与时序的时钟信号，分频器为泵浦源及电控光学元件提供外部时钟信号，分频器在没有收到探测器发出的种子源时序时，分频器没有时钟信号输出，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号时不工作；CPA激光系统放置在温度湿度恒定的洁净间中。

本发明的一个目的在于提出一种激光放大系统保护装置。

本发明的激光放大系统保护装置包括：第一至第三水流计、第一至第四温度计、湿度计、真空计、真空计控制器和开关；其中，开关包括机械开关和机械开关控制器，机械开关设置在振荡器与展宽器之间，并且位于分光至探测器之前，机械开关连接机械开关控制器，机械开关为常开开关，通过机械开关控制器的触发信号关闭；放大器组水冷装置中设置有第一水流计和第一温度计，分别测量放大器组水冷装置中的水流速度和水温；泵浦源水冷装置中设置有第二水流计和第二温度计，分别测量泵浦源水冷装置中的水流速度和水温；外循环水冷机中设置有第三水流计和第三温度计，分别测量外循环水冷机中的水流速度和水温；洁净间内放置湿度计和第四温度计，分别测量洁净间内的湿度和温度；第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计连接至机械开关控制器；泵浦源内设置有内置开关和内置开关控制器，内置开关控制器连接至内置开关，从而泵浦源具有外部触发信号触发控制激光输出功能；真空腔体上连接有真空计，测量真空腔体内的真空度；真空计连接至真空计控制器，真空计控制器连接至泵浦源的内置开关控制器，当真空计控制器发送信号至泵浦源的内置开关控制器时，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，即当有外部触发信号时，泵浦源无激光输出；

第一水流计和第一温度计分别实时采集放大器组水冷装置中的水流速度和水温，第二水流计和第二温度计分别实时采集泵浦源水冷装置中的水流速度和水温，第三水流计和第三温度计分别实时采集外循环水冷机中的水流速度和水温，并将采集的数据同时传输至机械开关控制器；机械开关控制器根据水流速度和水温是否在正常工作时所需的范围来判断水冷系统是否均正常工作，如果水冷系统均正常工作，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；如果水冷系统没有工作正常，机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时探测器探测不到种子源，分频器没有收到探测器发出的种子源时序，分频器不能为泵浦源和电控光学元件提供时钟信号，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号将不工作，此时整个放大器组将不会因为水冷系统工作异常导致放大器组损坏；

真空计实时采集真空腔体内的真空度，并同时传输至真空计控制器，真空计控制器根据真空度判断真空腔体内是否满足真空条件，如果真空腔体内满足真空条件，真空计控制器不输出触发信号，泵浦源正常工作；如果真空腔体内不满足真空条件，真空计控制器输出触发信号至泵浦源的内置开关控制器，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，使泵浦源无激光输出到放大器组中，从而当真空腔体内真空不满足时，整个CPA激光系统的前端仍然能工作，能够输出低功率激光至压缩器，此时真空腔体内虽然真空不够，但是由于功率低，所以压缩器安全，整个CPA激光系统能够输出低功率激光给用户使用，但是由于压缩器真空度不够高，此时限制放大器组的泵浦源工作，有效防止在压缩器真空度不够高的情况下，高能激光误操作进入压缩器的情况；

湿度计和第四温度计分别实时采集洁净间内的湿度和温度，并同时传输至机械开关控制器，机械开关控制器根据湿度和温度是否在规定范围内来判断洁净间是否环境正常，如果洁净间环境正常，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；如果洁净间环境不正常，则机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时CPA激光系统不工作，有效保护CPA激光系统因在恶劣环境中运行造成的损坏。

本发明还包括警示灯，警示灯连接至机械开关控制器，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至机械开关控制器的数据有一个不符合要求时，机械开关控制器控制警示灯亮起，警示激光操作人员目前CPA激光系统不适合运行。

进一步，本发明包括八个警示灯，八个警示灯均连接至机械开关控制器，第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计分别对应一个警示灯，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至机械开关控制器的数据有一个不符合要求时，机械开关控制器控制相应的警示灯亮起，警示激光操作人员是哪个数据出现问题，从而准确定位故障设备。

电控光学元件为普克尔盒，带时钟驱动的开关。当CPA激光系统环境不适合运行激光时，此时CPA激光系统中带时钟驱动的电控光学元件因没有外部时钟控制输入因此不工作，此类电控光学器件不工作使整个CPA激光系统不工作，使得CPA激光系统得到双重保护，不会因为外部环境导致系统损伤。

本发明的另一个目的在于提出一种激光放大系统保护方法。

本发明的激光放大系统保护方法，包括以下步骤：

一.装置的连接：

a)将机械开关设置在振荡器与展宽器之间，并且位于分光至探测器之前，机械开关连接机械开关控制器，机械开关为常开开关，通过机械开关控制器的触发信号关闭；

b)放大器组水冷装置中设置有第一水流计和第一温度计，分别测量放大器组水冷装置中的水流速度和水温；

c)泵浦源水冷装置中设置有第二水流计和第二温度计，分别测量泵浦源水冷装置中的水流速度和水温；

d)外循环水冷机中设置有第三水流计和第三温度计，分别测量外循环水冷机中的水流速度和水温；

e)洁净间内放置湿度计和第四温度计，分别测量洁净间内的湿度和温度；

f)第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计连接至机械开关控制器；

g)泵浦源内设置有内置开关和内置开关控制器，内置开关控制器连接至内置开关，从而泵浦源具有外部触发信号触发控制激光输出功能；真空腔体上连接有真空计，测量真空腔体内的真空度；真空计连接至真空计控制器，真空计控制器连接至泵浦源的内置开关控制器，当真空计控制器发送信号至泵浦源的内置开关控制器时，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，即当有外部触发信号时，泵浦源无激光输出；

二.对放大器组的保护

1)第一水流计和第一温度计分别实时采集放大器组水冷装置中的水流速度a₁和水温b₁，第二水流计和第二温度计分别实时采集泵浦源水冷装置中的水流速度a₂和水温b₂，第三水流计和第三温度计分别实时采集外循环水冷机中的水流速度a₃和水温b₃，并同时将采集的数据传输至机械开关控制器；

2)机械开关控制器判断放大器组水冷装置中的水流速度a₁和水温b₁、泵浦源水冷装置中的水流速度a₂和水温b₂以及外循环水冷机中的水流速度a₃和水温b₃是否满足以下条件：

A₁₁<a₁<A₁₂

A₂₁<a₂<A₂₂

A₃₁<a₃<A₃₂

B₁₁<b₁<B₁₂

B₂₁<b₂<B₂₂

B₃₁<b₃<B₃₂

其中，A₁₁和A₁₂分别为放大器组正常工作时所需的放大器组水冷装置水流速度的最小值和最大值，A₂₁和A₂₂分别为泵浦源正常工作时所需的泵浦源水冷装置水流速度的最小值和最大值，A₃₁和A₃₂分别为泵浦源正常工作时所需的外循环水冷机水流速度的最小值和最大值，B₁₁和B₁₂分别为放大器组正常工作时所需的的放大器组水冷装置的最低温和最高温，B₂₁和B₂₂分别为泵浦源正常工作时所需的泵浦源水冷装置的最低温和最高温，B₃₁和B₃₂分别为泵浦源正常工作时所需的外循环水冷机的最低温和最高温，

i.如果上述条件均满足，机械开关控制器判断水冷系统均正常工作，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；

ii.如果上述条件有任何一个不满足，机械开关控制器判断水冷系统没有正常工作，机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时探测器探测不到种子源，分频器没有收到探测器发出的种子源时序，分频器不能为泵浦源和电控光学元件提供时钟信号，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号将不工作，此时整个放大器组将不会因为水冷系统工作异常导致放大器组损坏；

三.对压缩器的保护

1)真空计实时采集真空腔体内的真空度c，并同时传输至真空计控制器；

2)真空计控制器根据真空度c与参考值C进行比较，

i.如果c≤C，真空计控制器判断真空腔体内满足真空条件，则真空计控制器不输出触发信号，泵浦源正常工作；

ii.如果c＞C，真空计控制器判断真空腔体内不满足真空条件，则真空计控制器输出触发信号至泵浦源的内置开关控制器，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，使泵浦源无激光输出到放大器组中，从而当真空腔体内真空不满足时，整个CPA激光系统前端仍然能工作，能够输出低功率激光至压缩器，此时真空腔体内虽然真空不够，但是由于功率低，所以压缩器安全，整个CPA激光系统能够输出低功率激光给用户使用，但是由于压缩器真空度不够高，此时限制放大器组的泵浦源工作，有效防止了在压缩器真空度不够高的情况下，高能激光误操作进入压缩器的情况；

四.对CPA激光系统的保护

1)湿度计和第四温度计分别实时采集洁净间内的湿度d和温度b₄，并同时传输至机械开关控制器；

2)机械开关控制器判断采集洁净间内的湿度d和温度b₄是否满足以下条件：

D₁<d<D₂

B₄₁<b₄<B₄₂

其中，D₁和D₂分别为洁净间环境正常时的湿度的最小值和最大值，B₄₁和B₄₂分别为外循环水冷机正常工作时的最低温和最高温，

i.如果上述两个条件均满足，机械开关控制器判断洁净间环境正常，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；

ii.如果上述两个条件有任何一个不满足，机械开关控制器判断洁净间环境不正常，则机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时CPA激光系统不工作，有效保护CPA激光系统因在恶劣环境中运行造成的损坏。

其中，机械开关控制器上连接警示灯，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至机械开关控制器的数据有一个不符合要求时，机械开关控制器控制警示灯亮起，警示激光操作人员目前CPA激光系统不适合运行。

进一步，机械开关控制器上连接八个警示灯，第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计分别对应一个警示灯，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至机械开关控制器的数据有一个不符合要求时，机械开关控制器控制相应的警示灯亮起，警示激光操作人员是哪个数据出现问题，从而准确定位故障设备。

本发明的优点：

本发明在放大器组的水冷系统上安装相应的水流计和温度计，采集相应的水流速度和水温，并传输至机械开关控制器，判断水冷系统是否正常工作，当水冷系统没有正常工作时，机械开关控制器输出触发信号关闭机械开关，此时探测器探测不到种子源，分频器没有时钟信号输出，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号将不工作，此时整个放大器组将不会因为水冷系统工作异常导致放大器组损坏；将真空计连接至真空计控制器，真空计控制器判断压缩器所在的真空腔体是否满足真空条件，当不满足真空条件时，则真空计控制器输出触发信号至泵浦源的内置开关控制器，控制泵浦源的内置开关关闭，此时泵浦源将无法工作，从而当真空腔体内真空不满足时，整个CPA激光系统前端仍然能工作，能够输出低功率激光至压缩器，此时真空腔体内虽然真空不够，但是由于功率低，所以压缩器安全，整个CPA激光系统能够输出低功率激光给用户使用，但是由于压缩器真空度不够高，此时限制放大器组的泵浦源工作，有效防止了在压缩器真空度不够高的情况下，高能激光误操作进入压缩器的情况；在洁净间中设置温度计和湿度计，并连接至机械开关控制器，机械开关控制器判断洁净间环境不正常，则机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时CPA激光系统不工作，有效保护CPA激光系统因在恶劣环境中运行造成的损坏。

附图说明

图1为CPA激光系统的结构框图；

图2为现有技术中CPA激光系统的时序控制的结构框图；

图3为现有技术中CPA激光系统的工作控制的结构框图；

图4为本发明的激光放大系统保护装置的实施例一的结构框图；

图5为本发明的激光放大系统保护装置的实施例二的结构框图；

图6为本发明的激光放大系统保护装置的实施例三的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图3所示，CPA激光系统包括振荡器、展宽器、放大器组、压缩器、电控光学元件、放大器组水冷装置、泵浦源、泵浦源水冷装置、外循环水冷机、真空泵、探测器和分频器；其中，振荡器、展宽器、放大器组和压缩器依次相连，振荡器产生超短脉冲作为种子源，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲，再进入放大器组放大能量，获得高能量激光脉冲，最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩，电控光学元件实现对脉冲的光束控制；放大器组水冷装置连接放大器组，为放大器组内的增益晶体进行散热冷却，放大器组连接泵浦源，泵浦源连接泵浦源水冷装置，泵浦源水冷装置为水冷水冷却装置，泵浦源水冷装置连接外循环水冷机，进行热交换；放大器组水冷装置、泵浦源水冷装置和外循环水冷机统称为水冷系统；压缩器位于真空腔体内，真空泵连接至真空腔体，使得压缩器保持在真空中；种子源从振荡器出来后进入展宽器前分光至探测器，探测器连接至分频器，分频器分别连接至泵浦源和电控光学器件，从振荡器发出的超短脉冲的一部分由探测器接收，获得种子源时序传输至分频器，分频器将种子源的高频信号降频，获得CPA激光系统所需要的重复频率与时序的时钟信号，分频器为泵浦源及电控光学元件提供外部时钟信号，分频器在没有收到探测器发出的种子源时序时，分频器没有时钟信号输出，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号时不工作；CPA激光系统放置在温度湿度恒定的洁净间中。

实施例一

如图4所示，本实施例的激光放大系统保护装置包括：第一至第三水流计、第一至第四温度计、湿度计、真空计、真空计控制器和开关；其中，开关包括机械开关和机械开关控制器，机械开关设置在振荡器与展宽器之间，并且位于分光至探测器之前，机械开关连接机械开关控制器，机械开关为常开开关，通过机械开关控制器的触发信号关闭；放大器组水冷装置中设置有第一水流计和第一温度计，分别测量放大器组水冷装置中的水流速度和水温；泵浦源水冷装置中设置有第二水流计和第二温度计，分别测量泵浦源水冷装置中的水流速度和水温；外循环水冷机中设置有第三水流计和第三温度计，分别测量外循环水冷机中的水流速度和水温；洁净间内放置湿度计和第四温度计，分别测量洁净间内的湿度和温度；第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计连接至机械开关控制器；泵浦源内设置有内置开关和内置开关控制器，内置开关控制器连接至内置开关，从而泵浦源具有外部触发信号触发控制激光输出功能；真空腔体上连接有真空计，测量真空腔体内的真空度；真空计连接至真空计控制器，真空计控制器连接至泵浦源的内置开关控制器，当真空计控制器发送信号至泵浦源的内置开关控制器时，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，即当有外部触发信号时，泵浦源无激光输出。

电控光学元件为普克尔盒，带时钟驱动的开关。当CPA激光系统环境不适合运行激光时，此时CPA激光系统中带时钟驱动的电控光学元件因没有外部时钟控制输入因此不工作，此类电控光学器件不工作使整个CPA激光系统不工作，使得CPA激光系统得到双重保护，不会因为外部环境导致系统损伤。

本实施例的激光放大系统保护方法，包括以下步骤：

一.装置的连接：

a)将机械开关设置在振荡器与展宽器之间，并且位于分光至探测器之前，机械开关连接机械开关控制器，机械开关为常开开关，通过机械开关控制器的触发信号关闭；

b)放大器组水冷装置中设置有第一水流计和第一温度计，分别测量放大器组水冷装置中的水流速度和水温；

c)泵浦源水冷装置中设置有第二水流计和第二温度计，分别测量泵浦源水冷装置中的水流速度和水温；

d)外循环水冷机中设置有第三水流计和第三温度计，分别测量外循环水冷机中的水流速度和水温；

e)洁净间内放置湿度计和第四温度计，分别测量洁净间内的湿度和温度；

f)第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计连接至机械开关控制器；

g)泵浦源内设置有内置开关和内置开关控制器，内置开关控制器连接至内置开关，从而泵浦源具有外部触发信号触发控制激光输出功能；真空腔体上连接有真空计，测量真空腔体内的真空度；真空计连接至真空计控制器，真空计控制器连接至泵浦源的内置开关控制器，当真空计控制器发送信号至泵浦源的内置开关控制器时，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，即当有外部触发信号时，泵浦源无激光输出；

二.对放大器组的保护

1)第一水流计和第一温度计分别实时采集放大器组水冷装置中的水流速度a₁和水温b₁，第二水流计和第二温度计分别实时采集泵浦源水冷装置中的水流速度a₂和水温b₂，第三水流计和第三温度计分别实时采集外循环水冷机中的水流速度a₃和水温b₃，并同时将采集的数据传输至机械开关控制器；

2)机械开关控制器判断放大器组水冷装置中的水流速度a₁和水温b₁、泵浦源水冷装置中的水流速度a₂和水温b₂以及外循环水冷机中的水流速度a₃和水温b₃是否满足以下条件：

A₁₁<a₁<A₁₂

A₂₁<a₂<A₂₂

A₃₁<a₃<A₃₂

B₁₁<b₁<B₁₂

B₂₁<b₂<B₂₂

B₃₁<b₃<B₃₂

其中，A₁₁和A₁₂分别为放大器组正常工作时所需的放大器组水冷装置水流速度的最小值和最大值，A₂₁和A₂₂分别为泵浦源正常工作时所需的泵浦源水冷装置水流速度的最小值和最大值，A₃₁和A₃₂分别为泵浦源正常工作时所需的外循环水冷机水流速度的最小值和最大值，B₁₁和B₁₂分别为放大器组正常工作时所需的的放大器组水冷装置的最低温和最高温，B₂₁和B₂₂分别为泵浦源正常工作时所需的泵浦源水冷装置的最低温和最高温，B₃₁和B₃₂分别为泵浦源正常工作时所需的外循环水冷机的最低温和最高温，

i.如果上述条件均满足，机械开关控制器判断水冷系统均正常工作，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；

ii.如果上述条件有任何一个不满足，机械开关控制器判断水冷系统没有正常工作，机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时探测器探测不到种子源，分频器没有收到探测器发出的种子源时序，分频器不能为泵浦源和电控光学元件提供时钟信号，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号将不工作，此时整个放大器组将不会因为水冷系统工作异常导致放大器组损坏；

三.对压缩器的保护

1)真空计实时采集真空腔体内的真空度c，并同时传输至真空计控制器；

2)真空计控制器根据真空度c与参考值C进行比较，

i.如果c≤C，真空计控制器判断真空腔体内满足真空条件，则真空计控制器不输出触发信号，泵浦源正常工作；

ii.如果c＞C，真空计控制器判断真空腔体内不满足真空条件，则真空计控制器输出触发信号至泵浦源的内置开关控制器，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，使泵浦源无激光输出到放大器组中，从而当真空腔体内真空不满足时，整个CPA激光系统前端仍然能工作，能够输出低功率激光至压缩器，此时真空腔体内虽然真空不够，但是由于功率低，所以压缩器安全，整个CPA激光系统能够输出低功率激光给用户使用，但是由于压缩器真空度不够高，此时限制放大器组的泵浦源工作，有效防止了在压缩器真空度不够高的情况下，高能激光误操作进入压缩器的情况；

四.对CPA激光系统的保护

1)湿度计和第四温度计分别实时采集洁净间内的湿度d和温度b₄，并同时传输至机械开关控制器；

2)机械开关控制器判断采集洁净间内的湿度d和温度b₄是否满足以下条件：

D₁<d<D₂

B₄₁<b₄<B₄₂

其中，D₁和D₂分别为洁净间环境正常时的湿度的最小值和最大值，B₄₁和B₄₂分别为外循环水冷机正常工作时的最低温和最高温，

i.如果上述两个条件均满足，机械开关控制器判断洁净间环境正常，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；

ii.如果上述两个条件有任何一个不满足，机械开关控制器判断洁净间环境不正常，则机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时CPA激光系统不工作，有效保护CPA激光系统因在恶劣环境中运行造成的损坏。

实施例二

如图5所示，本实施例还包括警示灯，警示灯连接至机械开关控制器，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至机械开关控制器的数据有一个不符合要求时，机械开关控制器控制警示灯亮起，警示激光操作人员目前CPA激光系统不适合运行。其他同实施例一。

实施例三

如图6所示，本实施例包括八个警示灯，八个警示灯均连接至机械开关控制器，第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计分别对应一个警示灯，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至机械开关控制器的数据有一个不符合要求时，机械开关控制器控制相应的警示灯亮起，警示激光操作人员是哪个数据出现问题，从而准确定位故障设备。其他同实施例一。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种激光放大系统保护装置，用于保护CPA激光系统，CPA激光系统包括振荡器、展宽器、放大器组、压缩器、电控光学元件、放大器组水冷装置、泵浦源、泵浦源水冷装置、外循环水冷机、真空腔体、真空泵、探测器和分频器；其中，振荡器、展宽器、放大器组和压缩器依次相连，振荡器产生超短脉冲作为种子源，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲，再进入放大器组放大能量，获得高能量激光脉冲，最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩，电控光学元件实现对脉冲的光束控制；放大器组水冷装置连接放大器组，为放大器组内的增益晶体进行散热冷却，放大器组连接泵浦源，泵浦源连接泵浦源水冷装置，泵浦源水冷装置为水冷水冷却装置，泵浦源水冷装置连接外循环水冷机，进行热交换；放大器组水冷装置、泵浦源水冷装置和外循环水冷机统称为水冷系统；压缩器位于真空腔体内，真空泵连接至真空腔体，使得压缩器保持在真空中；种子源从振荡器出来后进入展宽器前分光至探测器，探测器连接至分频器，分频器分别连接至泵浦源和电控光学器件，从振荡器发出的超短脉冲的一部分由探测器接收，获得种子源时序传输至分频器，分频器将种子源的高频信号降频，获得CPA激光系统所需要的重复频率与时序的时钟信号，分频器为泵浦源及电控光学元件提供外部时钟信号，分频器在没有收到探测器发出的种子源时序时，分频器没有时钟信号输出，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号时不工作；CPA激光系统放置在温度湿度恒定的洁净间中，其特征在于，

所述激光放大系统保护装置包括：第一至第三水流计、第一至第四温度计、湿度计、真空计、真空计控制器和开关；其中，开关包括机械开关和机械开关控制器，机械开关设置在振荡器与展宽器之间，并且位于分光至探测器之前，机械开关连接机械开关控制器，机械开关为常开开关，通过机械开关控制器的触发信号关闭；放大器组水冷装置中设置有第一水流计和第一温度计，分别测量放大器组水冷装置中的水流速度和水温；泵浦源水冷装置中设置有第二水流计和第二温度计，分别测量泵浦源水冷装置中的水流速度和水温；外循环水冷机中设置有第三水流计和第三温度计，分别测量外循环水冷机中的水流速度和水温；洁净间内放置湿度计和第四温度计，分别测量洁净间内的湿度和温度；第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计连接至机械开关控制器；泵浦源内设置有内置开关和内置开关控制器，内置开关控制器连接至内置开关，从而泵浦源具有外部触发信号触发控制激光输出功能；真空腔体上连接有真空计，测量真空腔体内的真空度；真空计连接至真空计控制器，真空计控制器连接至泵浦源的内置开关控制器，当真空计控制器发送信号至泵浦源的内置开关控制器时，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，即当有外部触发信号时，泵浦源无激光输出；

第一水流计和第一温度计分别实时采集放大器组水冷装置中的水流速度和水温，第二水流计和第二温度计分别实时采集泵浦源水冷装置中的水流速度和水温，第三水流计和第三温度计分别实时采集外循环水冷机中的水流速度和水温，并将采集的数据同时传输至机械开关控制器；机械开关控制器根据水流速度和水温是否在正常工作时所需的范围来判断水冷系统是否均正常工作，如果水冷系统均正常工作，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；如果水冷系统没有工作正常，机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时探测器探测不到种子源，分频器没有收到探测器发出的种子源时序，分频器不能为泵浦源和电控光学元件提供时钟信号，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号将不工作，此时整个放大器组将不会因为水冷系统工作异常导致放大器组损坏；

真空计实时采集真空腔体内的真空度，并同时传输至真空计控制器，真空计控制器根据真空度判断真空腔体内是否满足真空条件，如果真空腔体内满足真空条件，真空计控制器不输出触发信号，泵浦源正常工作；如果真空腔体内不满足真空条件，真空计控制器输出触发信号至泵浦源的内置开关控制器，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，使泵浦源无激光输出到放大器组中，从而当真空腔体内真空不满足时，整个CPA激光系统的前端仍然能工作，能够输出低功率激光至压缩器，此时真空腔体内虽然真空不够，但是由于功率低，所以压缩器安全，整个CPA激光系统能够输出低功率激光给用户使用，但是由于压缩器真空度不够高，此时限制放大器组的泵浦源工作，有效防止在压缩器真空度不够高的情况下，高能激光误操作进入压缩器的情况；

湿度计和第四温度计分别实时采集洁净间内的湿度和温度，并同时传输至机械开关控制器，机械开关控制器根据湿度和温度是否在规定范围内来判断洁净间是否环境正常，如果洁净间环境正常，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；如果洁净间环境不正常，则机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时CPA激光系统不工作，有效保护CPA激光系统因在恶劣环境中运行造成的损坏。

2.如权利要求1所述的激光放大系统保护装置，其特征在于，还包括警示灯，警示灯连接至开关控制器，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至机械开关控制器的数据有一个不符合要求时，机械开关控制器控制警示灯亮起，警示激光操作人员目前CPA激光系统不适合运行。

3.如权利要求1所述的激光放大系统保护装置，其特征在于，包括八个警示灯，八个警示灯均连接至开关控制器，第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计分别对应一个警示灯，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至开关控制器的数据有一个不符合要求时，开关控制器控制相应的警示灯亮起，警示激光操作人员是哪个数据出现问题，从而准确定位故障设备。

4.一种如权利要求1所述的激光放大系统保护装置的激光放大系统保护方法，其特征在于，所述激光放大系统保护方法包括以下步骤：

一.装置的连接：

a)将机械开关设置在振荡器与展宽器之间，并且位于分光至探测器之前，机械开关连接机械开关控制器，机械开关为常开开关，通过机械开关控制器的触发信号关闭；

b)放大器组水冷装置中设置有第一水流计和第一温度计，分别测量放大器组水冷装置中的水流速度和水温；

c)泵浦源水冷装置中设置有第二水流计和第二温度计，分别测量泵浦源水冷装置中的水流速度和水温；

d)外循环水冷机中设置有第三水流计和第三温度计，分别测量外循环水冷机中的水流速度和水温；

e)洁净间内放置湿度计和第四温度计，分别测量洁净间内的湿度和温度；

f)第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计连接至机械开关控制器；

g)泵浦源内设置有内置开关和内置开关控制器，内置开关控制器连接至内置开关，从而泵浦源具有外部触发信号触发控制激光输出功能；真空腔体上连接有真空计，测量真空腔体内的真空度；真空计连接至真空计控制器，真空计控制器连接至泵浦源的内置开关控制器，当真空计控制器发送信号至泵浦源的内置开关控制器时，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，即当有外部触发信号时，泵浦源无激光输出；

二.对放大器组的保护

1)第一水流计和第一温度计分别实时采集放大器组水冷装置中的水流速度a₁和水温b₁，第二水流计和第二温度计分别实时采集泵浦源水冷装置中的水流速度a₂和水温b₂，第三水流计和第三温度计分别实时采集外循环水冷机中的水流速度a₃和水温b₃，并同时将采集的数据传输至机械开关控制器；

2)机械开关控制器判断放大器组水冷装置中的水流速度a₁和水温b₁、泵浦源水冷装置中的水流速度a₂和水温b₂以及外循环水冷机中的水流速度a₃和水温b₃是否满足以下条件：

A₁₁<a₁<A₁₂

A₂₁<a₂<A₂₂

A₃₁<a₃<A₃₂

B₁₁<b₁<B₁₂

B₂₁<b₂<B₂₂

B₃₁<b₃<B₃₂

其中，A₁₁和A₁₂分别为放大器组正常工作时所需的放大器组水冷装置水流速度的最小值和最大值，A₂₁和A₂₂分别为泵浦源正常工作时所需的泵浦源水冷装置水流速度的最小值和最大值，A₃₁和A₃₂分别为泵浦源正常工作时所需的外循环水冷机水流速度的最小值和最大值，B₁₁和B₁₂分别为放大器组正常工作时所需的放大器组水冷装置的最低温和最高温，B₂₁和B₂₂分别为泵浦源正常工作时所需的泵浦源水冷装置的最低温和最高温，B₃₁和B₃₂分别为泵浦源正常工作时所需的外循环水冷机的最低温和最高温，

i.如果上述条件均满足，机械开关控制器判断水冷系统均正常工作，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；

ii.如果上述条件有任何一个不满足，机械开关控制器判断水冷系统没有正常工作，机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时探测器探测不到种子源，分频器没有收到探测器发出的种子源时序，分频器不能为泵浦源和电控光学元件提供时钟信号，泵浦源和电控光学元件没有外部时钟信号将不工作，此时整个放大器组将不会因为水冷系统工作异常导致放大器组损坏；

三.对压缩器的保护

1)真空计实时采集真空腔体内的真空度c，并同时传输至真空计控制器；

2)真空计控制器根据真空度c与参考值C进行比较，

i.如果c≤C，真空计控制器判断真空腔体内满足真空条件，则真空计控制器不输出触发信号，泵浦源正常工作；

ii.如果c＞C，真空计控制器判断真空腔体内不满足真空条件，则真空计控制器输出触发信号至泵浦源的内置开关控制器，内置开关控制器控制泵浦源的内置开关关闭，使泵浦源无激光输出到放大器组中，从而当真空腔体内真空不满足时，整个CPA激光系统前端仍然能工作，能够输出低功率激光至压缩器，此时真空腔体内虽然真空不够，但是由于功率低，所以压缩器安全，整个CPA激光系统能够输出低功率激光给用户使用，但是由于压缩器真空度不够高，此时限制放大器组的泵浦源工作，有效防止了在压缩器真空度不够高的情况下，高能激光误操作进入压缩器的情况；

四.对CPA激光系统的保护

1)湿度计和第四温度计分别实时采集洁净间内的湿度d和温度b₄，并同时传输至机械开关控制器；

2)机械开关控制器判断采集洁净间内的湿度d和温度b₄是否满足以下条件：

D₁<d<D₂

B₄₁<b₄<B₄₂

其中，D₁和D₂分别为洁净间环境正常时的湿度的最小值和最大值，B₄₁和B₄₂分别为外循环水冷机正常工作时的最低温和最高温，

i.如果上述两个条件均满足，机械开关控制器判断洁净间环境正常，则机械开关控制器不输出触发信号，机械开关处于常开状态；

ii.如果上述两个条件有任何一个不满足，机械开关控制器判断洁净间环境不正常，则机械开关控制器输出触发信号，关闭机械开关，此时CPA激光系统不工作，有效保护CPA激光系统因在恶劣环境中运行造成的损坏。

5.如权利要求4所述的激光放大系统保护方法，其特征在于，开关控制器上连接警示灯，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至开关控制器的数据有一个不符合要求时，机械开关控制器控制警示灯亮起，警示激光操作人员目前CPA激光系统不适合运行。

6.如权利要求4所述的激光放大系统保护方法，其特征在于，开关控制器上连接八个警示灯，第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计分别对应一个警示灯，当第一至第三水流计、第一至第四温度计和湿度计传输至开关控制器的数据有一个不符合要求时，开关控制器控制相应的警示灯亮起，警示激光操作人员是哪个数据出现问题，从而准确定位故障设备。

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