CN113300196A - 一种光纤激光器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请适用于激光器领域，提供了一种光纤激光器及其控制方法。所述光纤激光器包括种子源、对种子源输出的信号进行放大的一个或多个级联的功率放大器、主控制器和与主控制器连接的一驱动电路，种子源包括第一泵浦源，功率放大器包括第二泵浦源，第一泵浦源和第二泵浦源均与驱动电路连接，由驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光，主控制器接收外部的控制信号以控制驱动电路。本申请缩减了光纤激光器出光时间，对于硬件的功能性和软件的控制逻辑更加简洁，整体设计更简单，且可以接受更简单的外部的控制信号实现激光输出。

Description

一种光纤激光器及其控制方法

技术领域

本申请属于激光器领域，尤其涉及一种光纤激光器及其控制方法。

背景技术

光纤激光器中的连续光纤激光器和脉冲光纤激光器均包括种子源和对种子源输出的信号进行放大的一个或多个级联的功率放大器。现有技术对种子源和功率放大器是分别通过不同的驱动电路进行驱动，控制逻辑复杂，对光纤激光器的控制要求非常高，在复杂条件加工或快速调制的情况下容易出现时序混乱，影响加工效果。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光纤激光器及其控制方法，旨在解决对种子源和功率放大器是分别通过不同的驱动电路进行驱动，控制逻辑复杂，对光纤激光器的控制要求非常高，在复杂条件加工或快速调制的情况下容易出现时序混乱，影响加工效果的问题。

本申请提供了一种光纤激光器，包括种子源、对种子源输出的信号进行放大的一个或多个级联的功率放大器、主控制器和与主控制器连接的一驱动电路，种子源包括第一泵浦源，功率放大器包括第二泵浦源，第一泵浦源和第二泵浦源均与驱动电路连接，由驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光，主控制器接收外部的控制信号以控制驱动电路。

进一步地，所述光纤激光器是连续光纤激光器或脉冲光纤激光器。

本申请提供了一种上述的光纤激光器的控制方法，所述方法包括：

主控制器接收外部的控制信号；

主控制器根据控制信号控制驱动电路产生驱动信号；

驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光。

在本申请光纤激光器中，由于统一由一个驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光，因此缩减了光纤激光器出光时间，对于硬件的功能性和软件的控制逻辑更加简洁，整体设计更简单，且可以接受更简单的外部的控制信号实现激光输出，短期内可以产生明显的成本效益，长期战略中可以与外围信号控制板卡厂商共同开发更简单的控制逻辑，引领光纤激光器行业对于激光控制接口的新方向。

附图说明

图1是本申请实施例一提供的光纤激光器的结构示意图。

图2是本申请实施例二提供的光纤激光器的结构示意图。

图3是本申请实施例三提供的光纤激光器的结构示意图。

图4是本申请实施例四提供的光纤激光器的结构示意图。

图5是本申请实施例五提供的光纤激光器的结构示意图。

图6是本申请实施例六提供的光纤激光器的结构示意图。

图7是本申请实施例七提供的光纤激光器的结构示意图。

图8是本申请实施例八提供的光纤激光器的结构示意图。

图9是本申请实施例一至八提供的光纤激光器中的驱动电路示意图。

图10是本申请实施例一至八提供的光纤激光器的脉冲信号与泵浦激光信号的对比图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例提供了一种光纤激光器，包括种子源、对种子源输出的信号进行放大的一个或多个级联的功率放大器、主控制器和与主控制器连接的一驱动电路，种子源包括第一泵浦源，功率放大器包括第二泵浦源，第一泵浦源和第二泵浦源均与驱动电路连接，由驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光，主控制器接收外部的控制信号以控制驱动电路。所述光纤激光器可以是连续光纤激光器和脉冲光纤激光器。

请参阅图1，本申请实施例一提供的光纤激光器包括种子源11、对种子源11输出的信号光进行放大的一个或多个级联的功率放大器12、主控制器13和与主控制器13连接的一驱动电路14，种子源11包括依次光路连接的第一泵浦源111、第一合束器112、高反光栅113、第一增益光纤114和低反光栅115，功率放大器12包括依次光路连接的第二泵浦源121、第二合束器122和第二增益光纤123，低反光栅115与第二合束器122的输入端光路连接，第一泵浦源111和第二泵浦源121均与驱动电路14连接，由驱动电路14使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源111和第二泵浦源121产生泵浦激光，主控制器13接收外部的控制信号以控制驱动电路14。本申请实施例一提供的光纤激光器中的种子源11和功率放大器12都是采用正向泵浦的方式。本实施例一提供的光纤激光器中高反光栅113和低反光栅115之间还可以设置调Q开关(未图示)。

本申请实施例一提供的光纤激光器的工作原理如下：

主控制器13接收外部的控制信号以控制驱动电路14，驱动电路14使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源111和第二泵浦源121产生泵浦激光，第一泵浦源111输出的泵浦激光经过第一合束器112耦合进入高反光栅113，然后再注入到第一增益光纤114中，使泵浦激光被激励成信号光，信号光在高反光栅113和低反光栅115中来回振荡，最后从低反光栅115输出信号光，该信号光进入第二增益光纤123，同时第二泵浦源121输出的泵浦激光经过第二合束器122耦合进入第二增益光纤123，第二增益光纤123内的泵浦激光实现第二增益光纤123内增益介质的粒子数反转，信号光经过反转状态的增益介质产生受激辐射，实现信号光放大，最后从第二增益光纤123输出放大后的信号光。

请参阅图2，本申请实施例二提供的光纤激光器包括种子源21、对种子源21输出的信号光进行放大的一个或多个级联的功率放大器22、主控制器23和与主控制器23连接的一驱动电路24，种子源21包括依次光路连接的高反光栅213、第一增益光纤214、低反光栅215和第一合束器212，种子源21还包括与第一合束器212连接的第一泵浦源211，功率放大器22包括光路连接的第二增益光纤223和第二合束器222，功率放大器22还包括与第二合束器222连接的第二泵浦源221，第一合束器212的输出端与第二增益光纤223光路连接，第一泵浦源211和第二泵浦源221均与驱动电路24连接，由驱动电路24使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源211和第二泵浦源221产生泵浦激光，主控制器23接收外部的控制信号以控制驱动电路24。本申请实施例二提供的光纤激光器中的种子源21和功率放大器22都是采用反向泵浦的方式。本实施例二提供的光纤激光器中高反光栅213和低反光栅215之间还可以设置调Q开关(未图示)。

请参阅图3，本申请实施例三提供的光纤激光器包括种子源31、对种子源31输出的信号光进行放大的一个或多个级联的功率放大器32、主控制器33和与主控制器33连接的一驱动电路34，种子源31包括依次光路连接的第一泵浦源311、第一合束器312、第一增益光纤314和低反光栅315，种子源31还包括与第一合束器312的输入端光路连接的高反光栅313，功率放大器32包括依次光路连接的第二泵浦源321、第二合束器322和第二增益光纤323，低反光栅315与第二合束器322的输入端光路连接，第一泵浦源311和第二泵浦源321均与驱动电路34连接，由驱动电路34使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源311和第二泵浦源321产生泵浦激光，主控制器33接收外部的控制信号以控制驱动电路34。本申请实施例三提供的光纤激光器中的种子源31和功率放大器32都是采用正向泵浦的方式。本实施例三提供的光纤激光器中高反光栅313和低反光栅315之间还可以设置调Q开关(未图示)。

请参阅图4，本申请实施例四提供的光纤激光器包括种子源41、对种子源41输出的信号光进行放大的一个或多个级联的功率放大器42、主控制器43和与主控制器43连接的一驱动电路44，种子源41包括依次光路连接的高反光栅413、第一增益光纤414、第一合束器412和低反光栅415，种子源41还包括与第一合束器412连接的第一泵浦源411，功率放大器42包括光路连接的第二增益光纤423和第二合束器422，功率放大器42还包括与第二合束器422连接的第二泵浦源421，低反光栅415与第二增益光纤423光路连接，第一泵浦源411和第二泵浦源421均与驱动电路44连接，由驱动电路44使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源411和第二泵浦源421产生泵浦激光，主控制器43接收外部的控制信号以控制驱动电路44。本申请实施例四提供的光纤激光器中的种子源41和功率放大器42都是采用反向泵浦的方式。本实施例四提供的光纤激光器中高反光栅413和低反光栅415之间还可以设置调Q开关(未图示)。

请参阅图5，本申请实施例五提供的光纤激光器包括种子源51、对种子源51输出的信号光进行放大的一个或多个级联的功率放大器52、主控制器53和与主控制器53连接的一驱动电路54，种子源51包括依次光路连接的第一泵浦源511、第一合束器512、第一增益光纤514和低反光栅515，种子源51还包括与第一合束器512的输入端光路连接的高反光栅513，功率放大器52包括光路连接的第二增益光纤523和第二合束器522，功率放大器52还包括与第二合束器522连接的第二泵浦源521，低反光栅515与第二增益光纤523光路连接，第一泵浦源511和第二泵浦源521均与驱动电路54连接，由驱动电路54使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源511和第二泵浦源521产生泵浦激光，主控制器53接收外部的控制信号以控制驱动电路54。本申请实施例五提供的光纤激光器中的种子源51是采用正向泵浦的方式，功率放大器52采用反向泵浦的方式。本实施例五提供的光纤激光器中高反光栅513和低反光栅515之间还可以设置调Q开关(未图示)。

请参阅图6，本申请实施例六提供的光纤激光器包括种子源61、对种子源61输出的信号光进行放大的一个或多个级联的功率放大器62、主控制器63和与主控制器63连接的一驱动电路64，种子源61包括依次光路连接的高反光栅613、第一增益光纤614、第一合束器612和低反光栅615，种子源61还包括与第一合束器612连接的第一泵浦源611，功率放大器62包括依次光路连接的第二泵浦源621、第二合束器622和第二增益光纤623，低反光栅615与第二合束器622光路连接，第一泵浦源611和第二泵浦源621均与驱动电路64连接，由驱动电路64使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源611和第二泵浦源621产生泵浦激光，主控制器63接收外部的控制信号以控制驱动电路64。本申请实施例六提供的光纤激光器中的种子源61采用反向泵浦的方式，功率放大器62采用正向泵浦的方式。本实施例六提供的光纤激光器中高反光栅613和低反光栅615之间还可以设置调Q开关(未图示)。

请参阅图7，本申请实施例七提供的光纤激光器包括种子源71、对种子源71输出的信号光进行放大的一个或多个级联的功率放大器72、主控制器73和与主控制器73连接的一驱动电路74，种子源71包括依次光路连接的第一泵浦源711、第一合束器712、高反光栅713、第一增益光纤714和低反光栅715，功率放大器72包括光路连接的第二增益光纤723和第二合束器722，功率放大器72还包括与第二合束器722连接的第二泵浦源721，低反光栅715与第二增益光纤723光路连接，第一泵浦源711和第二泵浦源721均与驱动电路74连接，由驱动电路74使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源711和第二泵浦源721产生泵浦激光，主控制器73接收外部的控制信号以控制驱动电路74。本申请实施例七提供的光纤激光器中的种子源71是采用正向泵浦的方式，功率放大器72是采用反向泵浦的方式。本实施例七提供的光纤激光器中高反光栅713和低反光栅715之间还可以设置调Q开关(未图示)。

请参阅图8，本申请实施例八提供的光纤激光器包括种子源81、对种子源81输出的信号光进行放大的一个或多个级联的功率放大器82、主控制器83和与主控制器83连接的一驱动电路84，种子源81包括依次光路连接的高反光栅813、第一增益光纤814、低反光栅815和第一合束器812，种子源81还包括与第一合束器812连接的第一泵浦源811，功率放大器82包括依次光路连接的第二泵浦源821、第二合束器822和第二增益光纤823，第一合束器812与第二合束器822光路连接，第一泵浦源811和第二泵浦源821均与驱动电路84连接，由驱动电路84使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源811和第二泵浦源821产生泵浦激光，主控制器83接收外部的控制信号以控制驱动电路84。本申请实施例八提供的光纤激光器中的种子源81是采用反向泵浦的方式，功率放大器82采用正向泵浦的方式。本实施例八提供的光纤激光器中高反光栅813和低反光栅815之间还可以设置调Q开关(未图示)。

本申请实施例二至八提供的光纤激光器的工作原理与本申请实施例一提供的光纤激光器的类似，在此不再赘述。

在本申请实施例一至八中，第一合束器和第二合束器也可以由波分复用器WDM代替。高反光栅是对信号光具有大于99.8％的反射率。低反光栅是对信号光具有小于10％的反射率。第一增益光纤和第二增益光纤可以是纤芯掺杂稀土元素的双包层或三包层光纤，其中掺杂元素是镱、铒、钬、铥、钐、铋等元素；第一泵浦源和第二泵浦源可以是半导体激光器、气体激光器、固体激光器或光纤激光器。

请参阅图9，本申请实施例一至八提供的光纤激光器中的驱动电路包括依次电连接的处理器101、数模转换模块102和恒流驱动模块103，处理器101与主控制器的输出端连接，恒流驱动模块103分别与第一泵浦源104和第二泵浦源105电连接。

在本申请实施例中，所述驱动电路还可以包括与处理器101电连接的传感器106，传感器106可以是温度传感器或光电传感器等，传感器106用于感应泵浦源的温度，根据泵浦源的温度控制泵浦源是否输出泵浦激光。所述驱动电路还可以包括分别与处理器101电连接的时钟模块107和复位模块108。

所述光纤激光器还包括给处理器101、恒流驱动模块103、第一泵浦源104和第二泵浦源105供电的电源(图未示)，电源与处理器101连接，由处理器101控制。

处理器101接收主控制器输出的控制信号经处理后输出数字信号，数字信号经数模转换模块102转换成模拟信号输出，模拟信号经恒流驱动模块103后输出驱动信号，驱动信号同时驱动第一泵浦源104和第二泵浦源105产生泵浦激光。传感器106感应第一泵浦源104和第二泵浦源105的温度，根据第一泵浦源104和第二泵浦源105的温度控制第一泵浦源104和第二泵浦源105是否输出泵浦激光。例如当第一泵浦源104的温度超过60度时，传感器106反馈给处理器101，处理器101控制数模转换模块102停止工作，恒流驱动模块103不能输出驱动信号，从而第一泵浦源104停止产生泵浦激光。

本申请实施例九提供了一种如本申请实施例一至八任一实施例所述的光纤激光器的控制方法，所述方法包括：

主控制器接收外部的控制信号；

主控制器根据控制信号控制驱动电路产生驱动信号；

驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光。

通过实验表明，如图10所示，采用本申请实施例提供的光纤激光器能实现脉冲信号91稳定输出，无脉冲抖动，脉冲尖峰等现象，首个脉冲信号与泵浦激光信号92延时<100us，略优于行业标准。

本申请实施例提供的光纤激光器由于统一由一个驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光，因此缩减了光纤激光器出光时间，对于硬件的功能性和软件的控制逻辑更加简洁、稳定可靠，整体设计更简单，且可以接受更简单的外部的控制信号实现激光输出，短期内可以产生明显的成本效益，长期战略中可以与外围信号控制板卡厂商共同开发更简单的控制逻辑，引领光纤激光器行业对于激光控制接口的新方向。以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤激光器，其特征在于，包括种子源、对种子源输出的信号进行放大的一个或多个级联的功率放大器、主控制器和与主控制器连接的一驱动电路，种子源包括第一泵浦源，功率放大器包括第二泵浦源，第一泵浦源和第二泵浦源均与驱动电路连接，由驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光，主控制器接收外部的控制信号以控制驱动电路。

2.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述驱动电路包括依次电连接的处理器、数模转换模块和恒流驱动模块，处理器与主控制器的输出端连接，恒流驱动模块分别与第一泵浦源和第二泵浦源电连接。

3.如权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，所述驱动电路还包括与处理器电连接的传感器，传感器用于感应泵浦源的温度，根据泵浦源的温度控制泵浦源是否输出泵浦激光。

4.如权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，所述驱动电路还包括分别与处理器电连接的时钟模块和复位模块。

5.如权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器还包括给处理器、恒流驱动模块、第一泵浦源和第二泵浦源供电的电源，电源与处理器连接，由处理器控制。

6.如权利要求1至5任一项所述的光纤激光器，其特征在于，所述种子源还包括依次光路连接的第一合束器、高反光栅、第一增益光纤和低反光栅，所述第一泵浦源与所述第一合束器连接，所述功率放大器还包括光路连接的第二合束器和第二增益光纤，所述第二泵浦源与所述第二合束器连接，低反光栅与第二合束器的输入端光路连接；或者，

所述种子源还包括依次光路连接的高反光栅、第一增益光纤、低反光栅和第一合束器，所述第一泵浦源与所述第一合束器连接，所述功率放大器还包括光路连接的第二增益光纤和第二合束器，所述第二泵浦源与所述第二合束器连接，第一合束器的输出端与第二增益光纤光路连接。

7.如权利要求1至5任一项所述的光纤激光器，其特征在于，所述种子源还包括依次光路连接的第一合束器、第一增益光纤和低反光栅，所述第一泵浦源与所述第一合束器连接，所述种子源还包括与第一合束器的输入端光路连接的高反光栅，所述功率放大器还包括依次光路连接的第二合束器和第二增益光纤，所述第二泵浦源与所述第二合束器连接，低反光栅与第二合束器的输入端光路连接；或者，

所述种子源还包括依次光路连接的高反光栅、第一增益光纤、第一合束器和低反光栅，所述第一泵浦源与所述第一合束器连接，所述功率放大器还包括光路连接的第二增益光纤和第二合束器，所述第二泵浦源与所述第二合束器连接，低反光栅与第二增益光纤光路连接。

8.如权利要求1至5任一项所述的光纤激光器，其特征在于，所述种子源还包括依次光路连接的第一合束器、第一增益光纤和低反光栅，所述第一泵浦源与所述第一合束器连接，所述种子源还包括与第一合束器的输入端光路连接的高反光栅，所述功率放大器还包括光路连接的第二增益光纤和第二合束器，所述第二泵浦源与所述第二合束器连接，低反光栅与第二增益光纤光路连接；或者，

所述种子源还包括依次光路连接的高反光栅、第一增益光纤、第一合束器和低反光栅，所述第一泵浦源与所述第一合束器连接，所述功率放大器还包括光路连接的第二合束器和第二增益光纤，所述第二泵浦源与所述第二合束器连接，低反光栅与第二合束器光路连接。

9.如权利要求1至5任一项所述的光纤激光器，其特征在于，所述种子源还包括依次光路连接的第一合束器、高反光栅、第一增益光纤和低反光栅，所述第一泵浦源与所述第一合束器连接，所述功率放大器还包括光路连接的第二增益光纤和第二合束器，所述第二泵浦源与所述第二合束器连接，低反光栅与第二增益光纤光路连接；或者，

所述种子源还包括依次光路连接的高反光栅、第一增益光纤、低反光栅和第一合束器，所述第一泵浦源与所述第一合束器连接，所述功率放大器还包括光路连接的第二合束器和第二增益光纤，所述第二泵浦源与所述第二合束器连接，第一合束器与第二合束器光路连接。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的光纤激光器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

主控制器接收外部的控制信号；

主控制器根据控制信号控制驱动电路产生驱动信号；

驱动电路使用相同驱动信号同时驱动第一泵浦源和第二泵浦源产生泵浦激光。

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