CN114389146B - 一种产生多脉冲激光的激光装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产生多脉冲激光的激光装置及其控制方法，属于激光技术领域，能够实现激光装置产生多脉冲，且脉冲间隔、脉冲宽度及波形均可调的目的。所述激光装置包括：激光器用于产生连续激光；第一声光Q开关设置在激光器的出光侧，用于将连续激光转化为第一脉冲激光；第一功率调制器用于向第一声光Q开关的驱动提供第一功率信号，以使第一脉冲激光的频率、脉宽及强度与第一功率信号保持同步；第二声光Q开关设置在第一声光Q开关的出光侧，用于将第一脉冲激光转化为多脉冲激光；第二功率调制器用于向第二声光Q开关的驱动提供第二功率信号，以使多脉冲激光的频率、脉宽及强度与第二功率信号保持同步。本发明用于产生多脉冲激光。

Description

一种产生多脉冲激光的激光装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种产生多脉冲激光的激光装置及其控制方法，属于激光技术领域。

背景技术

在一些系统应用中，对激光器有特别要求。例如，在PLIF(平面激光诱导分子荧光)系统中，为了准确测量流场速度，需要以一定时间间隔，两次甚至多次拍摄流场荧光图像，这就要求外场触发一次的情况下，激光器能发出多脉冲，每个脉冲的能量都相同且时间间隔可调。在VISAR(反射物速度干涉仪)系统中，为了准确测量冲击波速度，要求一发激光能够覆盖整个物理过程，并得到高对比度的干涉条纹。这就要求激光的脉宽可调，并且在测量过程中激光的信号强度要稳定，即激光脉冲要为方波信号。但是在激光放大的过程中，通常脉冲前沿增益较快，容易出现波形畸变，从而影响方波的平顶性，基于上述问题，现有技术中的激光器无法实现在外场触发一次的情况下，产生多脉冲，且脉冲间隔、脉冲宽度及波形均可调的目的。

发明内容

本发明提供了一种产生多脉冲激光的激光装置及其控制方法，能够实现激光装置产生多脉冲，且脉冲间隔、脉冲宽度及波形均可调的目的。

一方面，本发明提供了一种产生多脉冲激光的激光装置，所述激光装置包括激光器、第一声光Q开关、第二声光Q开关、第一功率调制器和第二功率调制器；

所述激光器用于产生连续激光；

所述第一声光Q开关设置在所述激光器的出光侧，用于将所述连续激光转化为第一脉冲激光；

所述第一功率调制器用于向所述第一声光Q开关的驱动提供第一功率信号，以使所述第一脉冲激光的频率、脉宽及强度与所述第一功率信号保持同步；

所述第二声光Q开关设置在所述第一声光Q开关的出光侧，用于将所述第一脉冲激光转化为多脉冲激光；

所述第二功率调制器用于向所述第二声光Q开关的驱动提供第二功率信号，以使所述多脉冲激光的频率、脉宽及强度与所述第二功率信号保持同步；

所述第一脉冲激光的脉宽大于或等于所述多脉冲激光中各脉冲的总脉宽及各脉冲之间的总时间间隔之和。

可选的，所述激光装置还包括设置在所述第二声光Q开关的出光侧的放大光路，所述放大光路用于对所述多脉冲激光进行放大。

可选的，所述激光装置还包括设置在所述放大光路的出光侧的光电探头，所述光电探头用于将放大后的所述多脉冲激光转化为激光波形输出。

可选的，所述激光装置还包括控制单元，所述控制单元用于根据所述光电探头输出的激光波形调整所述第二功率调制器输出的第二功率信号。

可选的，所述激光装置还包括设置在所述激光器与所述第一声光Q开关之间的准直单元，所述准直单元用于对所述激光器输出的连续激光进行准直处理，以输出光斑大小固定的准直激光。

可选的，所述准直单元为固定焦点准直器件。

可选的，所述激光器为外部半导体激光器。

可选的，所述第一脉冲激光和所述多脉冲激光均为方波脉冲。

另一方面，本发明提供了一种基于上述任一种所述的产生多脉冲激光的激光装置的控制方法，当所述激光装置包括矫正单元时；所述方法包括：

步骤1、开启所述激光器；

步骤2、控制所述第一功率调制器向所述第一声光Q开关的驱动提供第一功率信号，以使所述第一声光Q开关输出第一脉冲激光；

步骤3、控制所述第二功率调制器向所述第二声光Q开关的驱动提供第二功率信号，以使所述第二声光Q开关输出多脉冲激光；

步骤4、控制放大光路对所述多脉冲激光进行放大；

步骤5、控制光电探头将放大后的所述多脉冲激光转化为激光波形输出；

步骤6、根据所述光电探头输出的激光波形调整所述第二功率调制器输出的第二功率信号。

本发明能产生的有益效果包括：

本发明提供的产生多脉冲激光的激光装置，通过调整第一声光Q开关驱动功率信号(即第一功率信号)的脉宽，使得激光器的输出光经过第一声光Q开关后输出第一脉冲激光，其脉冲宽度大于多个脉冲的总宽度与各脉冲之间的总时间间隔之和；然后再根据各脉冲之间的时间间隔以及脉冲宽度，将加载在第二声光Q开关驱动上的第二功率信号的强度做出相应调整，即将一个长脉冲按照脉冲宽度及脉冲间隔分为多个窄脉冲。在此基础上多脉冲激光进入放大光路，并对激光波形实施逆矫正，最终得到一套多脉冲、脉冲间隔、宽度及波形均可调的激光装置。该激光装置可应用于PLIF及VISAR系统或其他需求近似的领域，出光频率可以根据系统的测试需要进行调控。

附图说明

图1为本发明实施例提供的产生多脉冲激光的激光装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多脉冲方波激光示意图；

图3为本发明实施例提供的多脉冲激光的脉冲幅值不一致的示意图；

图4为本发明实施例提供的多脉冲激光的脉冲波形畸变图；

图5为本发明实施例提供的长脉冲方波激光示意图；

图6为本发明实施例提供的双脉冲方波激光示意图；

图7为本发明实施例提供的调整后双脉冲激光幅值一致波形近似方波图；

图8为本发明实施例提供的产生多脉冲激光的激光装置的控制方法流程图。

部件和附图标记列表：

11、激光器；12、第一声光Q开关；13、第二声光Q开关；14、第一功率调制器；15、第二功率调制器；16、放大光路；17、光电探头；18、准直单元。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种产生多脉冲激光的激光装置，如图1所示，所述激光装置包括激光器11、第一声光Q开关12、第二声光Q开关13、第一功率调制器14和第二功率调制器15。

其中，激光器11用于产生连续激光；在实际应用中，激光器11可以为外部半导体激光器ECDL。

第一声光Q开关12设置在激光器11的出光侧，用于将连续激光转化为第一脉冲激光；第一功率调制器14用于向第一声光Q开关12的驱动提供第一功率信号，以使第一脉冲激光的频率、脉宽及强度与第一功率信号保持同步。

通过调整第一功率信号的频率、脉宽及强度可以达到控制ECDL输出光的目的。

第二声光Q开关13设置在第一声光Q开关12的出光侧，用于将第一脉冲激光转化为多脉冲激光；第二功率调制器15用于向第二声光Q开关13的驱动提供第二功率信号，以使多脉冲激光的频率、脉宽及强度与第二功率信号保持同步。

要实现时间间隔、脉宽可调的多脉冲激光，可以将一个长脉冲按照脉冲宽度及脉冲间隔分为多个窄脉冲。具体的，首先调整第一声光Q开关12驱动功率信号(即第一功率信号)的脉宽，使得ECDL的输出光经过第一声光Q开关12后输出一个长脉冲方波(即第一脉冲激光)，其脉冲宽度大于多个脉冲的总宽度与各脉冲之间的总时间间隔之和；然后再根据各脉冲之间的时间间隔以及脉冲宽度，将加载在第二声光Q开关13驱动上的功率信号(即第二功率信号)的强度做出相应调整，即将一个长脉冲按照脉冲宽度及脉冲间隔分为多个窄脉冲，在时域上表现为，在脉冲宽度范围内给第二声光Q开关13驱动加载第二功率信号，但是各脉冲之间的功率信号强度为0。由此可实现时间间隔、脉宽可调的多脉冲方波激光，具体可参见附图2。

进一步的，所述激光装置还包括设置在第二声光Q开关13的出光侧的放大光路16，放大光路16用于对多脉冲激光进行放大。

多脉冲激光进入放大光路16进行放大，通常第一个脉冲吸收的增益最多，所以第一个脉冲的能量最大，后面各脉冲的能量渐次变小，具体可参见附图3。同时由于脉冲前沿增益较快，后沿增益较慢，导致每个脉冲前后沿幅值不一致，出现波形畸变，具体可参见附图4。

为了解决上述问题，在本发明实施例中，所述激光装置还包括设置在放大光路16的出光侧的光电探头17，光电探头17用于将放大后的多脉冲激光转化为激光波形输出。进一步的，所述激光装置还包括控制单元，控制单元用于根据光电探头17输出的激光波形调整第二功率调制器15输出的第二功率信号。

在放大光路16后放置一个光电探头17，根据最终输出各脉冲激光的波形，调整第二声光Q开关13驱动相应位置的功率信号强度，使得最终各脉冲激光的幅值大概相同，波形近似为方波。由于脉冲能量等于脉冲波形的面积，所以在保证各脉冲幅值、脉宽相同的情况下，各脉冲能量也相同。当然，本发明也可以输出不同脉宽、不同幅值、不同波形、不同时间间隔的多脉冲激光。

在本发明实施例中，所述激光装置还包括设置在激光器11与第一声光Q开关12之间的准直单元18，准直单元18用于对激光器11输出的连续激光进行准直处理，以输出光斑大小固定的准直激光。其中，准直单元18可以为固定焦点准直器件。固定焦点准直器件使得ECDL的连续光在一定传输距离内，以一定的光斑大小准直输出，方便进入后续光学器件。

本发明提供的产生多脉冲激光的激光装置，通过调整第一声光Q开关12驱动功率信号(即第一功率信号)的脉宽，使得激光器11的输出光经过第一声光Q开关12后输出第一脉冲激光，其脉冲宽度大于多个脉冲的总宽度与各脉冲之间的总时间间隔之和；然后再根据各脉冲之间的时间间隔以及脉冲宽度，将加载在第二声光Q开关13驱动上的第二功率信号的强度做出相应调整，即将一个长脉冲按照脉冲宽度及脉冲间隔分为多个窄脉冲。在此基础上多脉冲激光进入放大光路16，并对激光波形实施逆矫正，最终得到一套多脉冲、脉冲间隔、宽度及波形均可调的激光装置。该激光装置可应用于PLIF及VISAR系统或其他需求近似的领域，出光频率可以根据系统的测试需要进行调控。

本发明还提供了一个具体实施例，以脉冲宽度均为60ns，时间间隔为5us的双脉冲为例。

(1)将驱动第一声光Q开关12的第一功率信号的脉宽设定为6us，此时ECDL经过第一声光Q开关12后输出的是一个6us的长脉冲方波激光，见附图5。

(2)根据脉冲宽度60ns、脉冲间隔5us，将加载在第二声光Q开关13驱动上的第二功率信号的强度做出相应调整。在时域上表现为，从6us中选取5us，将这5us的功率信号强度设置为0，再将紧靠5us的前后各60ns时间范围内的功率信号强度设置为第二声光Q开关13驱动的最大功率强度。此时得到的是时间间隔为5us、脉宽60ns的双脉冲方波激光，见附图6。

(3)在放大光路16后放置一个光电探头17，根据最终输出双脉冲激光的波形，调整第二声光Q开关13驱动相应位置的第二功率信号强度，使得最终双脉冲激光的幅值大概相同，波形近似为方波，具体参见附图7。

本发明另一实施例提供一种基于上述任一种的产生多脉冲激光的激光装置的控制方法，如图8所示，当激光装置包括矫正单元时；所述方法包括：

步骤1、开启激光器11；

步骤2、控制第一功率调制器14向第一声光Q开关12的驱动提供第一功率信号，以使第一声光Q开关12输出第一脉冲激光；

步骤3、控制第二功率调制器15向第二声光Q开关13的驱动提供第二功率信号，以使第二声光Q开关13输出多脉冲激光；

步骤4、控制放大光路16对多脉冲激光进行放大；

步骤5、控制光电探头17将放大后的多脉冲激光转化为激光波形输出；

步骤6、根据光电探头17输出的激光波形调整第二功率调制器15输出的第二功率信号。

上述控制方法中各步骤的具体描述可以参考装置中对每个结构器件的描述，在此不再赘述。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种产生多脉冲激光的激光装置，其特征在于，所述激光装置包括激光器、第一声光Q开关、第二声光Q开关、第一功率调制器和第二功率调制器；

所述激光器用于产生连续激光；

所述第一声光Q开关设置在所述激光器的出光侧，用于将所述连续激光转化为第一脉冲激光；

所述第一功率调制器用于向所述第一声光Q开关的驱动提供第一功率信号，以使所述第一脉冲激光的频率、脉宽及强度与所述第一功率信号保持同步；

所述第二声光Q开关设置在所述第一声光Q开关的出光侧，用于将所述第一脉冲激光转化为多脉冲激光，即将所述第一脉冲激光按照脉冲宽度及脉冲间隔分为多个窄脉冲；

所述第二功率调制器用于向所述第二声光Q开关的驱动提供第二功率信号，以使所述多脉冲激光的频率、脉宽及强度与所述第二功率信号保持同步；

所述第一脉冲激光的脉宽大于或等于所述多脉冲激光中各脉冲的总脉宽及各脉冲之间的总时间间隔之和；

所述激光装置还包括设置在所述第二声光Q开关的出光侧的放大光路，所述放大光路用于对所述多脉冲激光进行放大；

所述激光装置还包括设置在所述放大光路的出光侧的光电探头，所述光电探头用于将放大后的所述多脉冲激光转化为激光波形输出；

所述激光装置还包括控制单元，所述控制单元用于根据所述光电探头输出的激光波形调整所述第二功率调制器输出的第二功率信号。

2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述激光装置还包括设置在所述激光器与所述第一声光Q开关之间的准直单元，所述准直单元用于对所述激光器输出的连续激光进行准直处理，以输出光斑大小固定的准直激光。

3.根据权利要求2所述的激光装置，其特征在于，所述准直单元为固定焦点准直器件。

4.根据权利要求3所述的激光装置，其特征在于，所述激光器为外部半导体激光器。

5.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述第一脉冲激光和所述多脉冲激光均为方波脉冲。

6.一种基于权利要求1至5中任一项所述的产生多脉冲激光的激光装置的控制方法，其特征在于，当所述激光装置包括矫正单元时；所述方法包括：

步骤1、开启所述激光器；

步骤2、控制所述第一功率调制器向所述第一声光Q开关的驱动提供第一功率信号，以使所述第一声光Q开关输出第一脉冲激光；

步骤3、控制所述第二功率调制器向所述第二声光Q开关的驱动提供第二功率信号，以使所述第二声光Q开关输出多脉冲激光；

步骤4、控制放大光路对所述多脉冲激光进行放大；

步骤5、控制光电探头将放大后的所述多脉冲激光转化为激光波形输出；

步骤6、根据所述光电探头输出的激光波形调整所述第二功率调制器输出的第二功率信号。