CN116260037A - 一种光纤混合固体激光器放大系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤混合固体激光器放大系统，包括光纤种子源、脉冲选单器、连续激光种子源、光纤合束器、光纤准直器、固体放大器、泵浦源、用于接收外界触发信号的控制电路，控制电路将信号处理后控制脉冲选单器的开关和连续激光种子源的开关，所述连续激光种子源与光纤合束器相连，所述光纤种子源通过脉冲选单器与光纤合束器相连，通过光纤合束器使得连续激光种子源的连续激光和光纤种子源的脉冲激光一同进入光纤准直器中，光纤准直器的输出光进入固体放大器中，泵浦源发出的泵浦光耦合到固体放大器的增益介质中，固体放大器的输出光通过分束镜将连续激光和脉冲激光分开。

Description

一种光纤混合固体激光器放大系统
技术领域
本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种光纤混合固体激光器放大系统。
背景技术
随着电子产品、PCB和消费类电子产品制造领域对每道加工工序的吞吐量要求不断提高。对于激光精密加工领域，激光需在工件表面移动加工，目前有两种方式，将光束移动或工件本身移动，为了提高激光加工工序的吞吐量，这个移动速度应尽可能快。然而，光束定位精度则会限制移动速度。在直线划线加工中，扫描速度可达10m/s或者更快，在复杂图形的划线加工中扫描速度受到限制，最大速度将仅为0.3m/s甚至更慢。因此，在现有微加工过程的扫描速度是大范围的变动参数。若要得到优异的加工效果，激光器需满足以下要求。
激光器发出的每个脉冲(或脉冲的突发)具有脉冲能量大小一致。这可以确保被加工材料的去除量和烧蚀量保持一致。
激光器发出的每个脉冲作用到工件表面是均匀间隔的。这可以确保工件表面热影响区最小化，并确保一致的工艺质量。
由于在加工过程中扫描速度变化较大，只有当激光的脉冲重复频率随扫描速度变化时，才能保持空间脉冲间距不变。从应用的角度看，理想的超快激光近似看作黑盒。这意味着激光器完全满足外部运动控制系统提供的任意出光信号并发出激光脉冲，同时激光器发射出的脉冲在能量尺度上保持一致，时间尺度上确保最小抖动。
目前主流的方案是采用一个光纤种子脉冲选单器和一个空间声光调制器，在变频加工的间隙时，第一个脉冲选单器释放出可调种子源脉冲来平衡放大器中的富余能量，此时必须要空间声光调制器来控制整机处于不出光的状态，但是空间声光调制器会带来至少15％的能量损失，同时衍射输出的光斑往往会产生形变。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种光纤混合固体激光器放大系统，本发明至少解决了现有技术中的部分问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种光纤混合固体激光器放大系统，包括光纤种子源、脉冲选单器、连续激光种子源、光纤合束器、光纤准直器、固体放大器、泵浦源、用于接收外界触发信号的控制电路，控制电路将信号处理后控制脉冲选单器的开关和连续激光种子源的开关，所述连续激光种子源与光纤合束器相连，所述光纤种子源通过脉冲选单器与光纤合束器相连，通过光纤合束器使得连续激光种子源的连续激光和光纤种子源的脉冲激光一同进入光纤准直器中，光纤准直器的输出光进入固体放大器中，泵浦源发出的泵浦光耦合到固体放大器的增益介质中，固体放大器的输出光通过分束镜将连续激光和脉冲激光分开；光纤种子源脉冲输出由脉冲选单器控制，当光纤种子源不输出脉冲时，脉冲选单器处于关闭的状态，此时开启连续激光种子源进入固体放大器中来保持固体放大器能量守恒，使得下次光纤种子源的脉冲放大时不会出现巨脉冲现象。
进一步地，所述光纤种子源为掺镱的光纤种子源。
进一步地，所述连续激光种子源采用半导体激光器。
进一步地，所述固体放大器采用Nd:YV04增益介质。
进一步地，所述泵浦源采用光纤耦合半导体激光器。
进一步地，所述分束镜采用双层镀膜的镜片，镜片镀有增透膜和全反膜。
进一步地，分束镜输出的连续激光进入激光吸收体被吸收。
进一步地，当外界给出随机的触发信号时，控制电路会让脉冲选单器释放出同等频率的脉冲激光，控制电路会让连续激光来填充脉冲激光的脉冲间隔，脉冲激光和连续激光进入固体放大器后，连续激光用以消耗多的增益介质的储能，使得脉冲激光的脉冲进入固体放大器时，增益介质的储能时间都是一样的，放大后的脉冲能量是一致的。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种光纤混合固体激光器放大系统，本发明涉及2种不同的波长的种子源(脉冲种子源和连续种子源)耦合到光纤准直器后进入固体放大器中进行能量放大，激光最终输出采用分束镜将两个不同波长激光分开。激光器的脉冲输出由脉冲选单器控制，当激光不输出脉冲时，脉冲选单器处于关闭的状态，这时开启连续种子源进入固体放大器中来保持放大器能量守恒，确保下次主脉冲放大时不会出现巨脉冲现象。整个系统不需要空间声光调制器，就可达到激光脉冲的纳秒级的精准出光和脉冲能量高稳定性要求，节省了成本，且激光器输出功率和模式更优异。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。
图1为本发明实施例提供的光纤混合固体激光器放大系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的图1左侧的放大图；
图3为本发明实施例提供的图1右侧的放大图。
具体实施方式
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3，本发明提供的光纤混合固体激光器放大系统，包含了一个1064nm的光纤脉冲种子源(一般采用掺镱光纤种子源)，经过脉冲选单器选出需要的种子光脉冲，同时该系统还设置有914nm的连续激光种子源(一般采用半导体激光器，可采用包含914nm的半导体激光器，例如915nm的LD模块)，通过光纤合束器使得914nm的连续光和1064nm的脉冲种子源一同进入光纤准直器中，两束光进入Nd:YV04增益介质，泵浦光耦合到增益介质中，实现种子源能量放大，放大后的光经过分束镜后，914nm的连续激光和1064的脉冲激光分开。
光纤种子源，一般为掺镱的光纤种子源。
Nd:YVO4的增益介质，可为棒状，板条状或薄片状。具有914，1064，1342三个发射光谱，LD激光器有914nm的激光，该激光可用Nd:YVO4的放大器进行能量放大。
914nm的半导体激光器，可为914nm锁波长的光纤耦合半导体激光器或915nm非锁波长的光纤耦合半导体激光器。
增益介质的泵浦源，可采用808nm，878nm，888nm的光纤耦合半导体激光器。
914/1064分束镜，采用双层镀膜(一个增透膜，一个全反膜)的镜片，用以分离两束光。
控制电路，用以接收外界触发信号，并将信号处理后控制脉冲选单器的开关和914nm的半导体激光器的开关。
在激光器固体放大系统中，脉冲能量的放大倍率与增益介质强烈相关，脉冲间隔时间为增益介质的储能时间，增益介质储能时间越长，放大后的脉冲能量越高。在激光器重复频率恒定时，脉冲之间的时间间隔是固定的，因此增益介质储能时间是一致的，放大后的脉冲能量是一致的。在激光器加工过程中，所需加工的激光脉冲的时间间隔是随机的。当外部给出随机的触发信号时(信号的频率需小于激光器设置的重复频率)，控制电路会让脉冲选单器释放出同等频率的1064nm的种子光，控制电路会让914nm的种子光来填充1064nm种子光的脉冲间隔，两束光进入放大器后，914nm的光用以消耗多的Nd:YVO4的储能，使得1064nm的脉冲进入放大器时，增益介质的储能时间都是一样的，因此放大后1064nm的脉冲能量是一致的。最终两束光用分束镜就可实现分离，1064nm的脉冲光为所需的加工激光，914nm的连续光进入激光吸收体被吸收。
如图1，在本实施例中，激光器的基准频率是1MHz时，外部触发给4个触发信号，第一个信号和第二个信号之间间距是1us，第二个信号和第三个信号之间是3.5us，第三个信号和第四个信号之间是1.5us。此时脉冲选单器按照触发信号的时间来释放1064nm种子脉冲，在第二个信号和第三个信号之间会释放2.5us的914nm种子源来消耗Nd:YVO4的上能级粒子，在第三个信号和第四个信号之间会释放0.5us的914nm种子源来消耗Nd:YVO4的上能级粒子。使得主脉冲的四个脉冲对应的Nd:YVO4的储能时间均为1us，放大后的能量是一致的，最终由分束镜将两束不同波长的光分离。
本发明提供一种光纤混合固体激光器放大系统，本发明涉及2种不同的波长的种子源(脉冲种子源和连续种子源)耦合到光纤准直器后进入固体放大器中进行能量放大，激光最终输出采用分束镜将两个不同波长激光分开。激光器的脉冲输出由脉冲选单器控制，当激光不输出脉冲时，脉冲选单器处于关闭的状态，这时开启连续种子源进入固体放大器中来保持放大器能量守恒，确保下次主脉冲放大时不会出现巨脉冲现象。整个系统不需要空间声光调制器，就可达到激光脉冲的纳秒级的精准出光和脉冲能量高稳定性要求，节省了成本，且激光器输出功率和模式更优异。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光纤混合固体激光器放大系统，其特征在于：包括光纤种子源、脉冲选单器、连续激光种子源、光纤合束器、光纤准直器、固体放大器、泵浦源、用于接收外界触发信号的控制电路，控制电路将信号处理后控制脉冲选单器的开关和连续激光种子源的开关，所述连续激光种子源与光纤合束器相连，所述光纤种子源通过脉冲选单器与光纤合束器相连，通过光纤合束器使得连续激光种子源的连续激光和光纤种子源的脉冲激光一同进入光纤准直器中，光纤准直器的输出光进入固体放大器中，泵浦源发出的泵浦光耦合到固体放大器的增益介质中，固体放大器的输出光通过分束镜将连续激光和脉冲激光分开；光纤种子源脉冲输出由脉冲选单器控制，当光纤种子源不输出脉冲时，脉冲选单器处于关闭的状态，此时开启连续激光种子源进入固体放大器中来保持固体放大器能量守恒，使得下次光纤种子源的脉冲放大时不会出现巨脉冲现象。
2.如权利要求1所述的光纤混合固体激光器放大系统，其特征在于：所述光纤种子源为掺镱的光纤种子源。
3.如权利要求1所述的光纤混合固体激光器放大系统，其特征在于：所述连续激光种子源采用半导体激光器。
4.如权利要求1所述的光纤混合固体激光器放大系统，其特征在于：所述固体放大器采用Nd:YV04增益介质。
5.如权利要求1所述的光纤混合固体激光器放大系统，其特征在于：所述泵浦源采用光纤耦合半导体激光器。
6.如权利要求1所述的光纤混合固体激光器放大系统，其特征在于：所述分束镜采用双层镀膜的镜片，镜片镀有增透膜和全反膜。
7.如权利要求1所述的光纤混合固体激光器放大系统，其特征在于：分束镜输出的连续激光进入激光吸收体被吸收。
8.如权利要求1所述的光纤混合固体激光器放大系统，其特征在于：当外界给出随机的触发信号时，控制电路会让脉冲选单器释放出同等频率的脉冲激光，控制电路会让连续激光来填充脉冲激光的脉冲间隔，脉冲激光和连续激光进入固体放大器后，连续激光用以消耗多的增益介质的储能，使得脉冲激光的脉冲进入固体放大器时，增益介质的储能时间都是一样的，放大后的脉冲能量是一致的。
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