CN116191188B - 一种可调腔外脉冲激光器及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调腔外脉冲激光器及其调节方法，其中，激光器包括：激光源、第一半波片、第一偏振分束单元、第二偏振分束单元、第二半波片、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元和控制单元；第一偏振分束单元、第二偏振分束单元、第二半波片、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元和第四反射单元组成调制脉冲频率的激光器外腔；激光源输出的第一重复频率的初始脉冲经过第一半波片透射后形成第一偏振态脉冲入射至激光器外腔，第一偏振态脉冲经过第二半波片后偏振态改变，再经过第二偏振分束单元分束后经过不同传输路径输出第二重复频率的输出脉冲；第一重复频率小于第二重复频率，第一方向和第二方向交叉。

Description

一种可调腔外脉冲激光器及其调节方法

技术领域

本发明涉及激光器调节技术领域，尤其涉及一种可调腔外脉冲激光器及其调节方法。

背景技术

GHz超快激光器，不仅具备ns激光器的加工效率，又具备超快激光器的加工效果，故被广泛研究。光纤超快激光器由于其具备稳定性好、光束质量好等优势而被选择用于各种超快激光器内；此外，工业加工中往往需求单个脉冲强度可调以实现不同的加工效果。目前GHz光纤超快激光器的生成常采用短腔的方式，然受限于有源光纤的增益特性，往往需要很高的泵浦功率，且存在输出功率低，光谱成分不良的缺点；进一步的GHz脉冲强度可调受限于调制器的带宽往往无法实现各个脉冲均可调的能力。

发明内容

本发明提供了一种可调腔外脉冲激光器及其调节方法，以解决现有GHz光纤超快激光器无法实现单个脉冲强度可调，以及传统MHz激光器输出脉冲频率无法满足工业加工的问题，实现GHz频率脉冲输出同时脉冲强度可调的技术效果。

根据本发明的一方面，提供了一种可调腔外脉冲激光器，包括激光源、第一半波片、第一偏振分束单元、第二偏振分束单元、第二半波片、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元和控制单元；

所述激光源、所述第一半波片、所述第一偏振分束单元和第二偏振分束单元沿第一方向依次共轴排布；所述第一反射单元、所述第一偏振分束单元和所述第三反射单元沿第二方向共轴排布；所述第二反射单元、所述第二半波片、所述第二偏振分束单元和所述第四反射单元沿所述第二方向共轴排布；所述第二半波片与所述控制单元连接；

所述第一偏振分束单元、所述第二偏振分束单元、所述第二半波片、所述第一反射单元、所述第二反射单元、所述第三反射单元和所述第四反射单元组成调制脉冲频率的激光器外腔；

所述激光源输出的第一重复频率的初始脉冲经过所述第一半波片透射后形成第一偏振态脉冲入射至所述激光器外腔，所述第一偏振态脉冲经过所述第二半波片后偏振态改变，再经过所述第二偏振分束单元分束后经过不同传输路径输出第二重复频率的输出脉冲；

其中，所述控制单元用于调整所述第二半波片的光轴角度；所述光轴角度为所述第二半波片与所述第一偏振态方向的夹角；所述第一重复频率小于所述第二重复频率，所述第一方向和所述第二方向交叉。

可选的，所述激光源输出的初始脉冲经过所述第一半波片透射，形成所述第一偏振态脉冲入射至所述第一偏振分束单元，经所述第一偏振分束单元反射，依次经过所述第一反射单元和所述第二反射单元反射后入射至所述第二半波片，经所述第二半波片调整偏振态后，入射至所述第二偏振分束单元，经所述第二偏振分束单元分束为偏振态分别为第一偏振态和第二偏振态的两束光束；

偏振态为所述第一偏振态的光束经所述第二偏振分束单元反射，依次经过所述第一偏振分束单元、所述第三反射单元和所述第四反射单元反射后再次入射至所述第二偏振分束单元，经所述第二偏振分束单元反射出射为第1输出脉冲；

偏振态为所述第二偏振态的光束经所述第二偏振分束单元透射，依次经过所述第四反射单元和第三反射单元反射后入射至所述第一偏振分束单元，经所述第一偏振分束单元透射，依次经过所述第一反射单元和所述第二反射单元反射后入射至所述第二半波片，经所述第二半波片调整偏振态后，入射至所述第二偏振分束单元，经所述第二偏振分束单元分束为偏振态分别为所述第一偏振态和所述第二偏振态的两束光束；偏振态为所述第一偏振态的光束经所述第二偏振分束单元反射，依次经过所述第一偏振分束单元、所述第三反射单元和所述第四反射单元反射后入射至所述第二偏振分束单元，经所述第二偏振分束单元反射后输出为第2输出脉冲；

其中，所述第二偏振分束单元、所述第四反射单元、所述第三反射单元、所述第一偏振分束单元、所述第一反射单元和所述第二反射单元组成回路之间的光路光程，等于所述输出脉冲的时序的时间间隔与光速的乘积。

可选的，所述输出脉冲包括N个输出脉冲，N个所述输出脉冲对应N个所述第二半波片的光轴角度。

可选的，所述控制单元包括控制电机、幅值计算单元和角度计算单元，所述控制电机、所述幅值计算单元与所述角度计算单元电连接；

所述幅值计算单元用于根据所述输出脉冲的时序和所述激光源的输入功率，获取输出脉冲的幅值比和脉冲数，进而计算各个输出脉冲强度；

所述角度计算单元用于根据所述输出脉冲的时序、各个所述输出脉冲强度、所述激光源的输入功率，计算各个所述输出脉冲的对应的所述第二半波片的光轴角度。

可选的，所述输出脉冲包括幅值线性变化输出脉冲；所述幅值比包括线性度和脉冲顶点位置；

所述幅值计算单元根据所述线性变化输出脉冲时序和所述激光源输入功率P，获取所述输出脉冲数为N，所述顶点位置为n，所述线性度包括第一线性度k1和第二线性度k2；

计算得到N个所述输出脉冲强度依次为：

b，k1+b，2k1+b，……，（n-1）k1+b，k2+（n-1）k1+b，2k2+（n-1）k1+b，……，（N-n）k2+（n-1）k1+b；

根据幅值计算公式：

P=0.5n(n-1)k1+Nb+(n-1)(N-n)k1+(N-n)k2+0.5(N-n)(N-n-1)k2；计算得到第1输出脉冲的脉冲强度b；

所述角度计算单元根据所述线性变化输出脉冲时序、N个所述输出脉冲强度、所述激光源输入功率P，根据第一角度计算公式：

=arctan（(P-0.5m（m-1）k1-mb)/((m-1)k1+ b）-1）， m≤n，得到光轴角度θ；

根据第二角度计算公式：

=arctan((P-0.5n(n-1)k1-nb-(m-n)(k2+(n-1)k1+b)-0.5(m-n)

(m-n-1)k2)/((m-n)k2+(n-1)k1+b)-1)， N≥m＞n，得到光轴角度θ；

其中，m为所述输出脉冲的输出次序。

可选的，所述第一偏振分束单元包括偏振分束镜；所述第二偏振分束单元包括偏振分束镜。

可选的，所述第一重复频率包括MHz；所述第二重复频率包括GHz。

可选的，所述第二偏振分束单元、所述第四反射单元、所述第三反射单元、所述第一偏振分束单元、所述第一反射单元和所述第二反射单元，之间的光路光程等于0.3m。

可选的，所述第一偏振态为竖直偏振，所述第二偏振态为水平偏振。

根据本发明的另一方面，提供了一种可调腔外脉冲激光器的调节方法，包括：

S10、获取输出脉冲的时序、激光源输入功率P和输入脉冲的时序；

S20、根据所述输出脉冲的时序获取N个所述输出脉冲的输出时间间隔以及强度；

S30、根据所述激光源输入功率P和N个所述输出脉冲的强度，计算N个所述输出脉冲对应的第二半波片的光轴角度θ；

S40、根据N个所述输出脉冲的输出时间间隔，计算相邻两个所述输出脉冲之间的光程差；

S50、根据所述输入脉冲的时序和所述光程差，以所述输出脉冲的时序为周期，同步调整所述第二半波片的光轴角度以及所述可调腔外激光器的多个组件的相对位置。

本发明实施例的技术方案，通过两个偏振分束单元、多个反射单元以及一个半波片组成激光器外腔，且通过在激光源出射初始脉冲的光路上设置调整光束偏振态的第一半波片，使得激光源出射的初始脉冲调整为第一偏振态脉冲，并入射进入激光器外腔的第一偏振态脉冲可以在激光器外腔内通过调整偏振方向、分束为不同偏振方向且强度不同的光束，进一步沿不同光路出射为多个输出脉冲，通过调节不同光路之间的光程差，实现了输出脉冲的重复频率可调的技术效果，以及在实现GHz超快激光脉冲的同时脉冲强度可调的技术效果，解决了传统MHz脉冲激光器无法实现超快频率脉冲输出，以及GHz超快脉冲激光器，虽能够输出超快频率脉冲，但受限于有源光纤的增益特性，往往需要很高的泵浦功率，且输出功率低，光谱成分不良，且无法实现单个脉冲强度可调的问题。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可调腔外脉冲激光器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种可调腔外脉冲激光器的部分光路示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种可调腔外脉冲激光器的部分光路示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种可调腔外脉冲激光器的部分光路示意图；

图5为本发明实施例提供的一种波片改变偏振态示意图；

图6为本发明实施例提供的一种可调腔外脉冲激光器的调节方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种可调腔外脉冲激光器的结构示意图，如图1所示，该激光器包括激光源10、第一半波片21、第一偏振分束单元31、第二偏振分束单元32、第二半波片22、第一反射单元41、第二反射单元42、第三反射单元43、第四反射单元44和控制单元（图1未示出）；激光源10、第一半波片21、第一偏振分束单元31和第二偏振分束单元32沿第一方向X依次共轴排布；第一反射单元41、第一偏振分束单元31和第三反射单元43沿第二方向Y共轴排布；第二反射单元42、第二半波片22、第二偏振分束单元32和第四反射单元44沿第二方向Y共轴排布；第一反射单元41和第二反射单元42沿第二方向Y对称设置，第三反射单元43和第四反射单元44沿第二方向Y对称设置；第二半波片22与控制单元连接；第一偏振分束单元31、第二偏振分束单元32、第二半波片22、第一反射单元41、第二反射单元42、第三反射单元43和第四反射单元44组成调制脉冲频率的激光器外腔；激光源10输出的第一重复频率f1的初始脉冲L1经过第一半波片21透射后形成第一偏振态脉冲L2入射至激光器外腔，第一偏振态脉冲L2经过第二半波片22后偏振态改变，再经过第二偏振分束单元32分束后经过不同传输路径输出第二重复频率f2的输出脉冲L3；控制单元用于调整第二半波片22的光轴角度；其中，光轴角度为第二半波片22的光轴与第一偏振态方向的夹角；第一重复频率f1小于第二重复频率f2，第一方向X和所述第二方向Y交叉。

其中，激光源10包括但不限于MHz光纤激光器，输出初始脉冲功率可以根据实际需求进行设定，例如根据激光器的实际用途进行设定。第一半波片21用于改变激光源10输出初始脉冲L1的偏振态，包括但不限于将脉冲调整为竖直偏振态，第一偏振分束单元31和第二偏振分束单元32包括但不限于偏振分束镜，用于将入射至其中的光束分束为不同偏振态的两束光束，并分别进行反射和透射。第一反射单元41、第二反射单元42、第三反射单元43、第四反射单元44反射光束用于调整光束传播途径。第二半波片22用于调整光路中光束的偏振态，第二半波片22的光轴与第一偏振方向的夹角，可以根据输出脉冲的强度需求进行设定。控制单元包括但不限于控制电机，也可以包括用于输入输出脉冲时序的信号输入端以及用于计算第二半波片22光轴角度的集成电路。

具体而言，激光源10输出初始脉冲L1至第一半波片21，第一半波片21调整为第一偏振态脉冲L2，以第一偏振态为竖直偏振态，偏振分束单元反射竖直偏振光，透射水平偏振光为例，第一偏振态脉冲L2可以经第一偏振分束单元31反射进入激光器外腔，实现传播、偏振态调整及分束，进而在循环过程中，可以将满足输出条件的脉冲，例如幅值条件，经第二偏振分束单元32反射，输出为输出脉冲L3。且将第二半波片22设置于激光器外腔的光路中，可以在光束传播过程中调整光束的偏振态，使得入射于第二半波片22的脉冲，可以偏离原偏振态一定角度，进而在入射至偏振分束单元时，可以实现在两个偏振方向的分束，且可以通过控制第二半波片22的光轴角度，调整两束光的强度的占比，且在具体实施时，可以根据输出脉冲时序计算单个输出脉冲的强度以及输出时间间隔，并根据激光源输入脉冲的时序获取输入脉冲的强度以及输入脉冲的输入时间间隔，进而根据已知参数计算得到单个输出脉冲入射至第二半波片时，波片的光轴角度，以及调节第二半波片光轴角度的时间序列，以实现能够将输入脉冲通过根据时间序列调整第二半波片光轴角度的方式，将输入脉冲以输出时序为周期，多次输出为输出脉冲，并通过调节多个输出脉冲的光路的光程差，具体可以为调节可调腔外激光器多个组件的实际位置实现，进而实现输出脉冲的重复频率可调的技术效果。

可以理解的是，由于激光器外腔由两个偏振分束单元、四个反射单元和一个位于光路中的第二半波片22组成，且由于第二半波片22用于调整光束的偏振态，位于第二半波片22传播光路上的第二偏振分束单元32用于将入射光束，根据光束的偏振方向分束为两束强度不同的光束，并分别进行透射和反射，进而沿不同光路分别传输，由于光路中存在多个反射单元且组成了闭合光路，经第二偏振单元32分束的两束光可以沿不同光路传播，均由激光器外腔输出，且由于两束光束在传播过程中存在光程差，先后输出的输出脉冲，存在时间延迟，进而可以通过控制前后输出的输出脉冲的光路光程差，控制先后输出脉冲的时间间隔。激光源10输出第一重复频率f1的初始脉冲L1，在传输过程中，由于先后输出脉冲存在时间延时，进而可以输出第二重复频率f2的输出脉冲L3。

示例性的，图2为本发明实施例提供的一种可调腔外脉冲激光器的部分光路示意图，图3为本发明实施例提供的另一种可调腔外脉冲激光器的部分光路示意图，图4为本发明实施例提供的又一种可调腔外脉冲激光器的部分光路示意图。如图2所示，激光源10输出初始脉冲L1经过第一半波片21透射形成第一偏振态脉冲L2入射至第一偏振分束单元31，经第一偏振分束单元31反射，依次入射至第一反射单元41和所述第二反射单元42，进一步入射至第二半波片22，经第二半波片22调整偏振态后，偏振光束L41入射至第二偏振分束单元32，经第二偏振分束单元32分束为偏振态分别为第一偏振态和第二偏振态的两束光束。

继续参考图2，偏振态为第一偏振态的光束L31经第二偏振分束单元32反射，依次入射至第一偏振分束单元31、第三反射单元43和第四反射单元44，经三次反射再次入射至第二偏振分束单元32，经第二偏振分束单元32反射出射为第1输出脉冲L31。

参考图3，偏振态为第二偏振态的光束L311经第二偏振分束单元32透射，依次入射至第四反射单元44和第三反射单元43，经两次反射入射至第一偏振分束单元31，经第一偏振分束单元31透射，依次入射至第一反射单元41和第二反射单元42，经两次反射入射至第二半波片22，经第二半波片调整偏振态后，光束L42入射至第二偏振分束单元32，经第二偏振分束单元32分束为偏振态分别为第一偏振态和第二偏振态的两束光束。

参考图4，偏振态为第一偏振态的光束L32经第二偏振分束单元32反射，依次入射至第一偏振分束单元31、第三反射单元43和第四反射单元44后，经三次反射入射至第二偏振分束单元32，经第二偏振分束单元32反射后输出为第2输出脉冲L32。

可以理解的是，第1输出脉冲L31和第2输出脉冲L32之间存在光程差，使得两束输出脉冲之间存在时间延迟，可以实现输出脉冲的重复频率可调，且第二半波片22的光轴与第一偏振方向的夹角，可以决定入射至第二偏振分束单元32的光束的偏振方向，进一步决定在第一偏振方向和第二偏振方向上的光束强度的配比，进而通过调整第二半波片22的光轴角度，可以实现输出脉冲的强度可调。

需要说明的是，本发明实施例的技术方法，仅对第一方向与第二方向垂直时，第一反射单元41和第二反射单元42沿第二方向Y对称设置，第三反射单元43和第四反射单元44沿第二方向Y对称设置的，可以实施的情况之一，在具体实施时，可以根据可调腔外脉冲激光器的外形要求，设置激光器外腔各个组件的相对位置，例如在第一方向和第二方向不垂直，成一定夹角时，第一反射单元41和第二反射单元42的相对位置，第三反射单元43和第四反射单元44的相对位置可以在能够实现光束反射传输以及实现光程差的基础上进行调整。

本发明实施例的技术方案，通过两个偏振分束单元、多个反射单元以及一个半波片组成激光器外腔，且通过在激光源出射初始脉冲的光路上设置调整光束偏振态的第一半波片，使得激光源出射的初始脉冲调整为第一偏振态脉冲，并入射进入激光器外腔的第一偏振态脉冲可以在激光器外腔内通过调整偏振方向、分束为不同偏振方向且强度不同的光束，进一步沿不同光路出射为多个输出脉冲，通过调节不同光路之间的光程差，实现了输出脉冲的重复频率可调的技术效果，以及在实现GHz超快激光脉冲的同时脉冲强度可调的技术效果，解决了传统MHz脉冲激光器无法实现超快频率脉冲输出，以及GHz超快脉冲激光器，虽能够输出超快频率脉冲，但受限于有源光纤的增益特性，往往需要很高的泵浦功率，且输出功率低，光谱成分不良，且无法实现单个脉冲强度可调的问题。

可选的，第二偏振分束单元32、第四反射单元44、第三反射单元43、第一偏振分束单元31、第一反射单元41和第二反射单元42组成回路之间的光路光程，等于输出脉冲的时序的时间间隔与光速的乘积。

其中，输出脉冲的时序可以为GHz脉冲，进而获取得到时间间隔为1ns。

具体而言，结合图2、图3和图4所示，第1输出脉冲L31与第2输出脉冲L32，由第一偏振态脉冲L2进入激光器外腔开始的工作路径的光程差为第二偏振分束单元32、第四反射单元44、第三反射单元43、第一偏振分束单元31、第一反射单元41和第二反射单元42组成回路，可以理解的是，由于存在光程差，会使得第1输出脉冲L31与第2输出脉冲L32输出存在时间延迟，因此将光程差设定为等于输出脉冲时序的时间间隔与光速的乘积，可以使得经由激光器外腔作用的输出脉冲之间的时间间隔可以满足输出脉冲时序，进而实现脉冲重复频率可调的技术效果。

示例性的，若输出脉冲时序为1GHz激光脉冲，则可以根据脉冲时序计算时间间隔为1ns，进而计算得到光程为0.3m，将光程差对应路径设定等于0.3m，则可以实现GHz脉冲的输出。

可选的，输出脉冲L3包括N个输出脉冲，N个输出脉冲对应N个第二半波片22的光轴角度。

其中，输出脉冲的个数N可以根据实际需求进行设定，例如输出脉冲的实际用途获取的脉冲时序获得；N个输出脉冲对应N个第二半波片22的光轴角度，可以根据N个输出脉冲的脉冲强度计算得到。

具体而言，在光束于激光器外腔传输过程中，入射至第二半波片22的光束，经调整，偏振态偏离原偏振方向一定夹角，进而在入射于第二偏振分束单元32时，可以分束为两束偏振方向不同的光束，继续沿不同光路传播，其中偏振方向为第一偏振方向的光束输出为输出脉冲，偏振方向为第二偏振方向的光束在光路中继续传播，再次入射至第二半波片22，经调整后再次入射至第二偏振分束单元32，实现分束并输出输出脉冲。可以理解的是，经第二偏振分束单元32分束后，第一偏振方向和第二偏振方向的光束强度与入射至第二偏振分束单元32的光束的偏振态相关，即与第二半波片22的偏振态调整角度相关，例如在入射至第二偏振分束单元32的光束的偏振方向与第一偏振方向成α角度时，经分束后，两束光束的强度可以根据原光束在垂直于竖直方向的投影获得，即在原光强为I时，两束光强分别为Isin2α和Icos2α。因此，通过调整第二半波片22的光轴角度，可以使经由其作用的光束，出射为不同偏振角度的光束，进而在光束入射至第二偏振分束单元32时，可以实现分束光束的强度可调。

示例性的，图5为本发明实施例提供的一种波片改变偏振态示意图，结合图2、图3、图4和图5所示，第二半波片22的光轴角度为方向1所示，以第一偏振态为竖直偏振态，第二偏振态为水平偏振态为例，第一偏振态脉冲L2即竖直偏振态脉冲L2入射至第二半波片22时，第二半波片22的光轴角度为θ，即与竖直偏振方向V夹角为θ，经第二半波片22调整偏振态后，出射偏振方向偏离竖直方向一定夹角2θ的光束L41，进而在入射至第二偏振分束单元32时，可以分束为两束强度不同，偏振方向分别为竖直偏振的光束L31和水平偏振的光束L311，其中，若入射至第二半波片22的光束L2的强度为I，竖直偏振的光束L31的光束强度为Icos2θ，水平偏振的光束L311的光束强度为Isin2θ。其中，竖直偏振的光束L31由第二偏振分束单元32反射后，经由第一偏振分束单31、第三反射单元43、第四反射单元44反射，再次入射至第二偏振分束单元32后，经反射出射为第1输出脉冲L31；偏振方向为水平偏振H的光束，即第二偏振态的光束L311经第二偏振分束单元32透射，依次经第四反射单元44、第三反射单元43、第一偏振分束单元31、第一反射单元41、第二反射单元42传播，再次入射至第二半波片22，经调整偏振态后，出射为偏振态H^，的光束L42，且成夹角（）。光束L42进一步入射至第二偏振分束单元32，经分束成光强为Isin2θ（sin（/>））的水平偏振的光束，光强为Isin2θ（cos（/>））的竖直偏振的光束L32，进一步输出为输出脉冲。

可选的，控制单元包括控制电机、幅值计算单元和角度计算单元，控制电机、幅值计算单元与角度计算单元电连接；幅值计算单元用于根据输出脉冲的时序和激光源10输入功率P，获取输出脉冲的幅值比和脉冲数，进而计算各个输出脉冲强度；角度计算单元用于根据输出脉冲的时序、各个输出脉冲强度、激光源10的输入功率P，计算各个输出脉冲的对应的第二半波片22的光轴角度θ。

其中，控制电机包括但不限于GHz电机，可以根据输出脉冲的时序进行选择，也可以根据激光器的实际用途设定电机的种类，在此不做限定，例如在输出脉冲时序为GHz脉冲、激光源的输入脉冲时序为MHz脉冲时，可以将控制电机的种类设定为GHz电机，进而使得控制电机的控制精度大于输入脉冲时序，以及控制电机的精度可以满足输出脉冲时序的精度，进而在实现多个输出脉冲对应的第二半波片22的光轴度调整时，可以实现脉冲传输与角度调整的时间一致，即使得控制电机控制精度一致。输出脉冲的时序包括但不限于线性脉冲时序，例如等幅值输出脉冲、屋脊输出脉冲、反屋脊输出脉冲或线性输出脉冲等。输出脉冲的幅值比包括但不限于输出脉冲的线性度以及脉冲顶点位置。

具体而言，激光源10输出初始脉冲经第一半波片21调整为第一偏振态后入射进入激光器外腔，在激光器外腔内多次分束循环，在第二偏振分束单元32处出射输出脉冲。可以理解的是，根据输入功率P，即输入激光器外腔的总功率P，以及输出脉冲时序，即多个输出脉冲强度的幅值比和总输出脉冲数，则可以计算得到N个输出脉冲的实际强度，在具体实施时，可以根据N个输出脉冲强度求和与输入功率P的等值关系求解得到实际强度。进一步的，如本发明实施例所述的第二半波片22的光轴角度与第二偏振分束单元32处分束光束的强度关系，可以计算得到N个输出脉冲对应的第二半波片22的光轴角度θ，进而通过控制电机控制第二半波片22的光轴角度，实现输出脉冲强度可调的技术效果。

可选的，输出脉冲包括幅值线性变化输出脉冲；幅值比包括线性度和脉冲顶点位置；幅值计算单元根据线性变化输出脉冲时序和激光源输入功率P，获取输出脉冲数为N，顶点位置为n，线性度包括第一线性度k1和第二线性度k2；

计算得到N个输出脉冲强度依次为：

b，k1+b，2k1+b，……，（n-1）k1+b，k2+（n-1）k1+b，2k2+（n-1）k1+b，……，（N-n）k2+（n-1）k1+b；

根据幅值计算公式：

P=0.5n(n-1)k1+Nb+(n-1)(N-n)k1+(N-n)k2+0.5(N-n)(N-n-1)k2；计算得到第1输出脉冲的脉冲强度b。

角度计算单元根据线性变化输出脉冲时序、N个输出脉冲强度、激光源输入功率P，输出脉冲的输出次序m，根据第一角度计算公式：

=arctan（(P-0.5m（m-1）k1-mb)/((m-1)k1+ b）-1）， m≤n，得到光轴角度θ；

根据第二角度计算公式：

=arctan((P-0.5n(n-1)k1-nb-(m-n)(k2+(n-1)k1+b)-0.5(m-n)

(m-n-1)k2)/((m-n)k2+(n-1)k1+b)-1)， N≥m＞n，得到光轴角度θ；

其中，幅值线性变化输出脉冲包括但不限于等幅值输出、反屋脊输出等。

具体而言，假定第1输出脉冲的强度为b，根据线性度k1和k2以及顶点位置n，可以得到N个输出脉冲的强度表达式：b，k1+b，2k1+b，……，(n-1)k1+b，k2+(n-1)k1+b，……，(N-n)k2+(n-1)k1+b，顶点位置脉冲强度为(n-1)k1+b。可以理解的是N个输出脉冲是通过激光源10输出的功率为P的初始脉冲多次在激光器外腔内作用实现输出的，因此可以通过假定的N个输出脉冲强度求和，与输入功率P建立等值关系，即通过幅值计算公式求解得到第1输出脉冲b。

进一步的，第二半波片22用于调整光束的偏振方向，进而在入射至第二偏振分束单元32时，可以分束为两束偏振光，以第1输出脉冲为例，继续参考图5，由上述第1输出脉冲的工作路径可知，第1输出脉冲由第二偏振分束单元32处分束竖直偏振光而来，而第1输出脉冲的强度与原光束的强度呈反余弦函数关系，同时分束的水平偏振方向的光束强度与原光束的强度呈反正弦函数关系，即在计算得到第1输出脉冲强度为b时，可以得到腔内剩余光束强度为P-b，通过函数关系可以得到输出第1输出脉冲对应的第二半波片22的光轴角度θ，即2θ=arctan((P-b)/b)。

同理，在得知N个输出脉冲的强度值以及脉冲的输出次序m时，可依计算得到对应的第二半波片22的光轴角度θ，即根据第一角度计算公式和第二角度计算公式计算得到对应光轴角度，进一步通过控制电机控制第二半波片22的光轴角度，实现满足输出脉冲时序的脉冲输出。

基于同一构思，本发明实施例的技术方案，还提供一种可调腔外脉冲激光器的调节方法，具体原理与上述可调腔外脉冲激光器相近或相似，在此不再赘述。图6为本发明实施例提供的一种可调腔外脉冲激光器的调节方法的流程图，该调节方法适用于上述实施例提高的可调腔外脉冲激光器，如图6所示，包括：

S10、获取输出脉冲的时序、激光源输入功率P和输入脉冲的时序；

S20、根据输出脉冲的时序获取N个输出脉冲的输出时间间隔以及强度；

S30、根据激光源输入功率P和N个输出脉冲的强度，计算N个输出脉冲对应的第二半波片的光轴角度θ；

S40、根据N个输出脉冲的输出时间间隔，计算相邻两个输出脉冲之间的光程差；

S50、根据输入脉冲的时序和光程差，以输出脉冲的时序为周期，同步调整第二半波片的光轴角度以及可调腔外激光器的多个组件的相对位置。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调腔外脉冲激光器，其特征在于，包括激光源、第一半波片、第一偏振分束单元、第二偏振分束单元、第二半波片、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元和控制单元；

所述激光源、所述第一半波片、所述第一偏振分束单元和第二偏振分束单元沿第一方向依次共轴排布；所述第一反射单元、所述第一偏振分束单元和所述第三反射单元沿第二方向共轴排布；所述第二反射单元、所述第二半波片、所述第二偏振分束单元和所述第四反射单元沿所述第二方向共轴排布；所述第二半波片与所述控制单元连接；

所述第一偏振分束单元、所述第二偏振分束单元、所述第二半波片、所述第一反射单元、所述第二反射单元、所述第三反射单元和所述第四反射单元组成调制脉冲频率的激光器外腔；

所述激光源输出的第一重复频率的初始脉冲经过所述第一半波片透射后形成第一偏振态脉冲入射至所述激光器外腔，所述第一偏振态脉冲经过所述第二半波片后偏振态改变，再经过所述第二偏振分束单元分束后输出第二重复频率的输出脉冲；

其中，所述控制单元用于调整所述第二半波片的光轴角度；所述光轴角度为所述第二半波片的光轴与所述第一偏振态方向的夹角；所述第一重复频率小于所述第二重复频率，所述第一方向和所述第二方向交叉；

其中，所述激光源输出的初始脉冲经过所述第一半波片透射，形成所述第一偏振态脉冲入射至所述第一偏振分束单元，经所述第一偏振分束单元反射，依次经过所述第一反射单元和所述第二反射单元反射后入射至所述第二半波片，经所述第二半波片调整偏振态后，入射至所述第二偏振分束单元，经所述第二偏振分束单元分束为偏振态分别为第一偏振态和第二偏振态的两束光束；

偏振态为所述第一偏振态的光束经所述第二偏振分束单元反射，依次经过所述第一偏振分束单元、所述第三反射单元和所述第四反射单元反射后再次入射至所述第二偏振分束单元，经所述第二偏振分束单元反射出射为第1输出脉冲；

偏振态为所述第二偏振态的光束经所述第二偏振分束单元透射，依次经过所述第四反射单元和所述第三反射单元反射后入射至所述第一偏振分束单元，经所述第一偏振分束单元透射，依次经过所述第一反射单元和所述第二反射单元反射后入射至所述第二半波片，经所述第二半波片调整偏振态后，入射至所述第二偏振分束单元，经所述第二偏振分束单元分束为偏振态分别为所述第一偏振态和所述第二偏振态的两束光束；偏振态为所述第一偏振态的光束经所述第二偏振分束单元反射，依次经过所述第一偏振分束单元、所述第三反射单元和所述第四反射单元反射后入射至所述第二偏振分束单元，经所述第二偏振分束单元反射后输出为第2输出脉冲。

2.根据权利要求1所述的可调腔外脉冲激光器，其特征在于，所述第二偏振分束单元、所述第四反射单元、所述第三反射单元、所述第一偏振分束单元、所述第一反射单元和所述第二反射单元组成回路之间的光路光程，等于所述输出脉冲的时序的时间间隔与光速的乘积。

3.根据权利要求1所述的可调腔外脉冲激光器，其特征在于，所述输出脉冲包括N个输出脉冲，N个所述输出脉冲对应N个所述第二半波片的光轴角度。

4.根据权利要求1所述的可调腔外脉冲激光器，其特征在于，所述控制单元包括控制电机、幅值计算单元和角度计算单元，所述控制电机、所述幅值计算单元与所述角度计算单元电连接；

所述幅值计算单元用于根据所述输出脉冲的时序和所述激光源的输入功率，获取输出脉冲的幅值比和脉冲数，进而计算各个输出脉冲强度；

所述角度计算单元用于根据所述输出脉冲的时序、各个所述输出脉冲强度、所述激光源的输入功率，计算各个所述输出脉冲的对应的所述第二半波片的光轴角度。

5.根据权利要求4所述的可调腔外脉冲激光器，其特征在于，所述输出脉冲包括幅值线性变化输出脉冲；所述幅值比包括线性度和脉冲顶点位置；

所述幅值计算单元根据所述线性变化输出脉冲时序和所述激光源输入功率P，获取所述输出脉冲数为N，所述顶点位置为n，所述线性度包括第一线性度k1和第二线性度k2；

计算得到N个所述输出脉冲强度依次为：

b，k1+b，2k1+b，……，（n-1）k1+b，k2+（n-1）k1+b，2k2+（n-1）k1+b，……，（N-n）k2+（n-1）k1+b；

根据幅值计算公式：

P=0.5n(n-1)k1+Nb+(n-1)(N-n)k1+(N-n)k2+0.5(N-n)(N-n-1)k2；计算得到第1输出脉冲的脉冲强度b；

所述角度计算单元根据所述线性变化输出脉冲时序、N个所述输出脉冲强度、所述激光源输入功率P，根据第一角度计算公式：

=arctan（(P-0.5m（m-1）k1-mb)/((m-1)k1+ b）-1）， m≤n，得到所述光轴角度θ；

根据第二角度计算公式：

=arctan((P-0.5n(n-1)k1-nb-(m-n)(k2+(n-1)k1+b)-0.5(m-n)(m-n-1)

k2)/((m-n)k2+(n-1)k1+b)-1)， N≥m＞n，得到所述光轴角度θ；

其中，m为所述输出脉冲的输出次序。

6.根据权利要求1所述的可调腔外脉冲激光器，其特征在于，所述第一偏振分束单元包括偏振分束镜；所述第二偏振分束单元包括偏振分束镜。

7.根据权利要求1所述的可调腔外脉冲激光器，其特征在于，所述第一重复频率包括MHz；所述第二重复频率包括GHz。

8.根据权利要求7所述的可调腔外脉冲激光器，其特征在于，所述第二偏振分束单元、所述第四反射单元、所述第三反射单元、所述第一偏振分束单元、所述第一反射单元和所述第二反射单元，之间的光路光程等于0.3m。

9.根据权利要求2所述的可调腔外脉冲激光器，其特征在于，所述第一偏振态为竖直偏振，所述第二偏振态为水平偏振。

10.一种基于权利要求1-9任一所述可调腔外脉冲激光器的可调腔外脉冲激光器的调节方法，其特征在于，包括：

S10、获取输出脉冲的时序、激光源输入功率P和初始脉冲的时序；

S20、根据所述输出脉冲的时序获取N个所述输出脉冲的输出时间间隔以及强度；

S30、根据所述激光源输入功率P和N个所述输出脉冲的强度，计算N个所述输出脉冲对应的第二半波片的光轴角度θ；

S40、根据N个所述输出脉冲的输出时间间隔，计算相邻两个所述输出脉冲之间的光程差；

S50、根据所述初始脉冲的时序和所述光程差，以所述输出脉冲的时序为周期，同步调整所述第二半波片的光轴角度以及所述可调腔外脉冲激光器的多个组件的相对位置。