CN116706664A - 一种高能量时空耦合激光装置及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗激光消融技术领域，公开了一种高能量时空耦合激光装置及应用方法，装置包括：脉冲延时控制单元、激光产生单元和激光合成单元；脉冲延时控制单元产生多个时序电信号，并将多个时序电信号发送至激光产生单元；激光产生单元包含多个并联的激光子单元，其根据时序电信号按时序产生对应的脉冲激光，将所有脉冲激光输入到激光合成单元后将输入的多束脉冲激光在空间和时间上进行光束耦合后输出。通过本发明高能量时空耦合激光装置，能够产生高能量的激光，通过多个激光子单元的并联，可以实现激光输出能量任意配置的需求，解决了高能紫外纳秒激光器脉冲能量提升受限问题，满足了激光消融的医学应用。
Description
技术领域
本发明涉及医疗激光消融技术领域，具体涉及一种高能量时空耦合激光装置及应用方法。
背景技术
在医疗激光消融领域中，使用激光器发射激光，并通过导管将激光传输至目标位置进行消融，消融效果往往取决于激光器的能量。因为从激光器到导管激光能量会有损耗，导致激光器需要输出更大的能量才能满足消融需求，但提高现有激光器输出能量容易导致脉冲宽度问题使导管出现损坏，因此使用常规的激光器难以满足能量和安全性要求。
为了提高激光器输出能量，现有技术一般使用一套激光谐振腔，通过增大谐振腔中激光晶体尺寸以增加激光器输出脉冲能量。但是，此种方法下激光晶体尺寸不可能无限增大，目前现有技术已经达到脉冲能量瓶颈。因此在激光晶体尺寸不是太大的情况下，只能产生小于等于90mJ能量，激光器脉冲能量的提升具有一定限制。
为了适应不同的消融需求，需要实现脉冲宽度调节或展宽，现有技术一般在激光器外使用单级或多级分束合束的结构来实现。具体过程包括：先将脉冲空间分束，然后在不同光束间引入数米甚至十米的距离以产生脉冲的时间延迟，最后将产生延迟的脉冲合束，来获得脉冲宽度展宽后的激光脉冲。然而，该方法需要利用巨大的空间光路和数量众多的反射镜及透镜，复杂的结构不仅增加了激光器尺寸也不利于产品的工程化生产。
此外，在激光消融时，由于355nm波长的激光优点更多，故常使用355激光器进行激光发射。为了实现355激光器的脉冲展宽，目前市场上常规的355 nm高能高频激光器（脉冲宽度5~10ns，频率最大100Hz@80mJ）应用于医疗激光消融时，脉冲宽度过窄导致在高能量密度使用时脉冲峰值功率过高，使得导管可靠性难以保证。相关技术通过在激光器外增加空间延时进行脉冲展宽获得脉冲串以降低峰值功率保证导管可靠性，但是此种方法对脉冲间的延时量较为有限，延时结构空间长度随延时量按指数方式增加。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高能量时空耦合激光装置及应用方法，能够产生高能量的激光，通过多个激光子单元的并联，可以实现激光输出能量任意配置的需求，能够满足激光消融的医学应用，以解决上述背景中提出的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种高能量时空耦合激光装置，装置包括：
脉冲延时控制单元、激光产生单元和激光合成单元；
脉冲延时控制单元，用于产生多个时序电信号，并将多个时序电信号发送至激光产生单元，时序电信号用于控制激光产生单元工作；
激光产生单元，包含多个并联的激光子单元，激光子单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光，激光产生单元产生多束脉冲激光后将所有脉冲激光输入到激光合成单元；
激光合成单元，用于将输入的多束脉冲激光在空间和时间上进行光束耦合后输出。
本发明通过高能量时空耦合激光装置，能够产生高能量的激光，通过多个激光子单元的并联，可以实现激光输出能量任意配置的需求。本发明能够解决高能紫外纳秒激光器脉冲能量提升受限问题，满足了激光消融的医学应用。
在一种可选的实施方式中，脉冲延时控制单元还包括：根据预设激光输出要求控制多个时序电信号之间的时间间隔以及每个时序电信号的频率和脉冲宽度，用以调整输出激光的延时和脉冲宽度。
本发明通过脉冲延时控制单元，能够精确控制每个激光谐振腔的脉冲输出时间，可以实现脉冲宽度展宽的任意配置需求。本发明能够解决脉冲宽度或间隔难以灵活调节的难题，满足了激光消融的医学应用。
在一种可选的实施方式中，激光子单元包含激光谐振腔及配套电路，激光谐振腔包括：全反镜M1、输出镜M2以及激光增益介质，用于在预设泵浦源激励下产生激光；配套电路用于调节激光并使其满足预设激光输出要求，配套电路的器件包括：调Q光开关、倍频晶体以及和频晶体。
本发明基于包含激光谐振腔及配套电路的激光子单元，通过多个激光子单元的并联，并将多个激光子单元输出的脉冲进行合成后可以轻松得到150mJ以上，甚至得到理论上不受限制的高能纳秒紫外激光，解决了目前355nm紫外纳秒激光器脉冲能量提升受限问题。此外，本发明多个激光谐振腔进行的多光束合束，可以将激光谐振腔中因量子损耗和倍频转换过程产生的热量分散到多个激光谐振腔中，有助于整个装置的散热；同时，本发明也有助于在高能量长时运行时，即高能量下产热更多的情况，激光产生的效率仍维持在较高水平，避免了由于长时使用热处理而导致能量缓慢衰减的问题。
在一种可选的实施方式中，根据脉冲延时控制单元控制调整后的多个时序电信号，调Q光开关用于周期性控制激光谐振腔的损耗以产生满足预设激光输出要求的激光。
本发明的调Q光开关能够周期性控制激光谐振腔的损耗以产生满足预设激光输出要求的激光，解决了脉冲宽度或间隔难以灵活调节的难题，满足了激光消融的医学应用。
在一种可选的实施方式中，激光子单元还包含滤波片，用于透射或反射脉冲激光。
本发明根据滤波片的透射或反射对产生的脉冲激光进行过滤，一定程度上提高了激光谐振腔的产生激光的质量。
在一种可选的实施方式中，光束耦合的方式包括：利用激光偏振光束耦合的方式或利用激光波长差异光束耦合的方式中之一。
本发明通过设计多种光束耦合的方式，能够针对不同类型的激光类型匹配对应的光束合成方式，有助于提高光束合成的效率，一定程度上提高了本发明高能量时空耦合激光装置的能量输出效率。
第二方面，本发明提供了一种高能量时空耦合激光装置的应用方法，应用于如第一方面的高能量时空耦合激光装置，应用方法包括：
脉冲延时控制单元产生多个时序电信号，并将多个时序电信号发送至激光产生单元，时序电信号用于控制激光产生单元工作；
激光产生单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光，并将产生的多束脉冲激光输入到激光合成单元；
激光合成单元将输入的多束脉冲激光在空间和时间上进行光束耦合后输出。
本发明的高能量时空耦合激光装置的应用方法，通过多个激光谐振腔多光束的时空耦合，能够将两路或两路以上的355nm高能激光进行空间合束，解决了目前355nm紫外纳秒激光器脉冲能量提升受限的问题，可以轻松得到150mJ以上的脉冲激光，甚至得到理论上不受限制的高能纳秒紫外激光，满足了激光消融的医学应用。
在一种可选的实施方式中，脉冲延时控制单元根据预设激光输出要求控制多个时序电信号之间的时间间隔以及每个时序电信号的频率和脉冲宽度，用以调整输出激光的延时和脉冲宽度。
本发明的高能量时空耦合激光装置的应用方法，通过脉冲延时控制单元精确控制每个激光谐振腔的脉冲输出时间，能够获得任意时间间隔的双脉冲或多脉冲，以实现脉冲宽度或脉冲间隔的调节目的，解决了高能紫外纳秒激光脉冲宽度调节的难题。
在一种可选的实施方式中，激光产生单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光的过程，包括：激光增益介质在预设泵浦源的激励下产生1064nm的激光，传输至全反镜M1，产生全反射；激光增益介质将全反射的激光进行放大处理后，在时序电信号的控制下，经过调Q光开关周期性的产生激光脉冲，以使激光产生延迟进入倍频晶体；部分1064nm激光生成二倍频532nm激光，其余1064nm激光和生成的532nm激光通过输出镜M2部分进入和频晶体，部分反射回倍频晶体和调Q光开关，并将其用于下一个激光调节周期；进入和频晶体的1064nm激光和532nm激光被部分和频成355nm激光，并经过滤波片的透射或反射处理，处理包括1064nm激光和532nm激光被滤波片阻挡反射，355nm激光透射穿过滤波片，得到满足输出要求的355nm激光。
本发明的激光产生单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光，能够实现各激光谐振腔间的脉冲延时调节，避免了现有技术中利用空间延迟来调节脉冲宽度时空间体积受限的巨大难题，有利于简化激光器结构，缩小了激光器体积，降低制作工艺成本。
在一种可选的实施方式中，激光合成单元输出的激光能量为n×A×B% mJ，其中，n为激光子单元的并联个数，A为每个激光子单元输出的激光能量，B%为激光合成单元的合成效率；激光合成单元输出的激光脉冲宽度为(m-1)×T+tns，其中，T为各时序电信号的时间间隔，m为脉冲数量，t为每个脉冲宽度。
本发明根据激光合成单元输出的激光的能量和脉冲宽度的公式，为激光合成单元的输出提供了具体的数值依据，可以实现高能量的激光和脉冲宽度展宽的任意配置需求，满足了激光消融的医学应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是根据本发明实施例的高能量时空耦合激光装置的结构框图；
图2是本发明实施例的激光子单元的结构示意图；
图3是本发明实施例的激光合成单元的结构示意图；
图4是本发明实施例的另一激光合成单元的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的高能量时空耦合激光装置的应用方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。
在激光消融系统中，激光器发送激光到耦合模块，耦合模块对激光进行合束、匀化等操作，然后进入导管，导管将激光传输到病变位置，进而使激光对病变进行作用，达到消除病变的效果。本发明主要针对激光器进行改进，以满足提高激光能量和实现脉冲宽度展宽的需求，提供了一种高能量时空耦合激光装置及应用方法，能够产生高能量的激光，并且通过脉冲延时控制单元精确控制每个激光谐振腔的脉冲输出时间，实现了脉冲宽度展宽的任意配置需求，满足了激光消融的医学应用。
本发明实施例的一种高能量时空耦合激光装置，如图1所示，装置包括：脉冲延时控制单元1、激光产生单元2和激光合成单元3。
在本实施例中，脉冲延时控制单元1，用于产生多个时序电信号，并将多个时序电信号发送至激光产生单元，时序电信号用于控制激光产生单元工作。脉冲延时控制单元1还包括：根据预设激光输出要求控制多个时序电信号之间的时间间隔以及每个时序电信号的频率和脉冲宽度，用以调整输出激光的延时和脉冲宽度。具体地，通过脉冲延时控制单元精确控制每个激光谐振腔的脉冲输出时间，能够实现脉冲宽度展宽的任意配置需求，解决了脉冲宽度或间隔难以灵活调节的难题以及高能量下导管可靠性难以保证和易损坏的问题，满足了激光消融的医学应用。
具体地，脉冲延时控制单元1产生了多个时序电信号，分别记为S1, S2,…, Sn，其中n为时序电信号的个数；其作用是控制激光产生单元中的多个激光谐振腔按时序信号顺序地产生激光脉冲。本实施例中，预设激光输出要求包括输出的激光能量以及激光脉冲宽度，仅作为举例说明，不以此为限制，依据实际需求适应性调整。具体地，根据设定的激光脉冲宽度来调节脉冲延时控制单元的多个时序电信号之间的相对延时、每个时序电信号的频率和脉冲宽度，以此来改变输出激光的延时和脉冲宽度。
在本实施例中，激光产生单元2，包含多个并联的激光子单元，激光子单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光，激光产生单元产生多束脉冲激光后将所有脉冲激光输入到激光合成单元。
具体地，激光产生单元2包含的多个并联的激光子单元，分别记为21, 22,…, 2n，其中n为激光子单元的并联个数；每个激光子单元可以产生一束脉冲激光，多个并联的激光子单元产生多束脉冲激光，分别记为L1, L2,…, Ln，其中n为脉冲激光的个数，激光产生单元2输出的所有激光束并输入到激光合成单元3中。需要说明的是，脉冲激光的个数、激光子单元的并联个数，以及时序电信号的个数的数值均相同。
本实施例中，每个激光子单元的配置相同，均包含激光谐振腔及配套电路。以激光子单元21为例，参阅图2，激光谐振腔包括：全反镜M1、输出镜M2以及激光增益介质，用于在预设泵浦源激励下产生激光；配套电路用于调节激光并使其满足预设激光输出要求，配套电路的器件包括：调Q光开关、倍频晶体、和频晶体以及滤波片；其中，调Q光开关用于周期性控制激光谐振腔的损耗以产生满足预设激光输出要求的激光，倍频晶体用于输出倍频激光，和频晶体用于输出和频激光，滤波片用于透射或反射激光，得到满足预设激光输出要求的激光。需要说明的是，本实施例的预设泵浦源不做具体限制，依据实际应用需求确定；调Q光开关的开关信号触发时间由脉冲延时控制单元1产生的时序电信号S1，并将S1基于脉冲延时控制单元控制调整后通过信号线提供相应的控制信号。
本发明实施例基于包含激光谐振腔及配套电路的激光子单元，通过多个激光子单元的并联，并将多个激光子单元输出的脉冲进行合成后可以轻松得到150mJ以上，甚至得到理论上不受限制的高能纳秒紫外激光，解决了目前355nm紫外纳秒激光器脉冲能量提升受限问题。此外，本发明实施例多个激光谐振腔进行的多光束合束，可以将激光谐振腔中因量子损耗和倍频转换过程产生的热量分散到多个激光谐振腔中，有助于整个装置的散热；同时，本发明实施例也有助于在高能量长时运行时，即高能量下产热更多的情况，激光产生的效率仍维持在较高水平，避免了由于长时使用热处理而导致能量缓慢衰减的问题。
本实施例中，激光增益介质为掺钕杂钇铝石榴石Nd:YAG晶体或掺钕钒酸钇Nd:YVO4晶体，仅作为举例说明，依据实际应用需求适应性调整。具体地，采用的Nd:YAG晶体或Nd:YVO4晶体，基于该类晶体自身具备的高光学质量，能够达到较好的谐波转换效率，适合高平均功率固体激光器，有助于提高激光产生的效率。
本实施例中，全反镜M1为凹面反射镜，其表面镀1064nm的高反介质膜，反射率接近100%；输出镜M2为凹面反射镜，其表面镀1064nm的高反膜和532nm的高透膜，对1064nm的反射率在70%-97%之间，对532nm的透射率高于98%。具体地，激光谐振腔能提供光学正反馈，通过对其组成全反镜M1和输出镜M2的具体配置，一定程度上提高了激光谐振腔的激光产生效率。
本实施例中，倍频晶体为三硼酸锂LBO晶体或偏硼酸钡BBO晶体，仅作为举例说明，依据实际应用需求适应性调整。具体地，采用LBO晶体或BBO晶体，该类晶体具备优越的光学质量，具有非常高的激光损伤阈值和紫外穿透能力，也具有较好的倍频效应。对于输出高能量高峰值功率的355nm强脉冲紫外光，能够满足其对于晶体损伤阈值的苛刻要求，有助于提高激光产生的效率。
在本实施例中，激光合成单元3，用于将输入的多束脉冲激光在空间和时间上进行光束耦合后输出。
具体地，激光合成单元3将输入的多束脉冲激光在空间和时间上耦合成为一束激光。合成后的激光束在时域上表现为一串脉冲，脉冲串内脉冲个数等于激光产生单元2中激光子单元的并联数目n。脉冲串内脉冲间的时间间隔t0可以独立调节以产生不同的延迟量和脉冲宽度。基于实际应用需求，将脉冲串称为Burst Train。
本实施例中，光束耦合的方式包括：利用激光偏振光束耦合的方式或利用激光波长差异光束耦合的方式中之一。具体地，通过设计多种光束耦合的方式，能够针对不同类型的激光类型匹配对应的光束合成方式，有助于提高光束合成的效率，一定程度上提高了本发明实施例的高能量时空耦合激光装置的能量输出效率。
图3提供了激光合成单元中利用激光偏振光束耦合的方式，该实施例以两束激光为例，说明两束激光在空间和时间上耦合的过程。由图可知，L1和L2为两束355nm的线偏振激光，两束激光随后各自通过1/2波片，波片用于改变线偏振光的偏振方向，L1经过反射镜M3反射后与L2一起入射到偏振分束器或薄膜偏振片M中。由于L1和L2的偏振方向不同，在偏振分束器或薄膜偏振片M上得到L1反射和L2透射的效果，用以实现两束激光的空间严格耦合。此外，通过调节脉冲延时控制单元2中触发信号S1和S2之间的时间延迟便可以控制耦合后激光脉冲间的时间间隔t0。利用激光偏振光束耦合的方式具有结构简单的优点，适用于线偏振脉冲。
图4提供了激光合成单元中利用激光波长差异光束耦合的方式，该实施例以三束激光为例说明其在空间和时间上耦合的过程。需要注意的是，此种利用激光波长的细微差异进行光束耦合的方式，其主要针对各激光中心波长有差别的输出激光类型。如L1、L2和L3三束激光的中心波长各相差0.5nm，仅作为举例说明，不以此为限制。基于光栅对不同波长衍射角度不同的原理，反向使用透射光栅即可实现不同激光波长的空间重合。此外，L1、L2和L3三束激光重合后脉冲间的时间间隔的调节与利用激光偏振光束耦合的方式中实施例描述的方法一致，在此不做重复赘述。
需要说明的是，本实施例中激光合成单元中光束耦合的方式不做具体限制，除了提到的利用激光偏振光束耦合的方式和利用激光波长差异光束耦合的方式，还可依据实际应用需求进行适应性调整。
综上，本发明实施例通过高能量时空耦合激光装置，能够产生高能量的激光，并且通过脉冲延时控制单元精确控制每个激光谐振腔的脉冲输出时间，可以实现脉冲宽度展宽的任意配置需求。本发明实施例能够解决高能紫外纳秒激光器脉冲能量提升受限问题以及脉冲宽度或间隔难以灵活调节的难题，满足了激光消融的医学应用。
本发明实施例的一种高能量时空耦合激光装置的应用方法，应用于如高能量时空耦合激光装置，如图5所示，应用方法包括：
步骤S101，脉冲延时控制单元产生多个时序电信号，并将多个时序电信号发送至激光产生单元，时序电信号用于控制激光产生单元工作。
步骤S102，激光产生单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光，并将产生的多束脉冲激光输入到激光合成单元。
步骤S103，激光合成单元将输入的多束脉冲激光在空间和时间上进行光束耦合后输出。
本发明实施例的高能量时空耦合激光装置的应用方法，通过多个激光谐振腔多光束的时空耦合，能够将两路或两路以上的355nm高能激光进行空间合束，解决了目前355nm紫外纳秒激光器脉冲能量提升受限的问题，可以轻松得到150mJ以上的脉冲激光，甚至得到理论上不受限制的高能纳秒紫外激光，满足了激光消融的医学应用。
具体地，上述步骤S101还包括：脉冲延时控制单元根据预设激光输出要求控制多个时序电信号之间的时间间隔以及每个时序电信号的频率和脉冲宽度，用以调整输出激光的延时和脉冲宽度。
本发明实施例的高能量时空耦合激光装置的应用方法，通过脉冲延时控制单元精确控制每个激光谐振腔的脉冲输出时间，能够获得任意时间间隔的双脉冲或多脉冲，以实现脉冲宽度或脉冲间隔的调节目的，解决了高能紫外纳秒激光脉冲宽度调节的难题。
具体地，上述步骤S102中脉冲激光的产生过程为：激光产生单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光的过程，包括：激光增益介质在预设泵浦源的激励下产生1064nm的激光，传输至全反镜M1，产生全反射；激光增益介质将全反射的激光进行放大处理后，在时序电信号的控制下，经过调Q光开关周期性的产生激光脉冲，以使激光产生延迟进入倍频晶体；部分1064nm激光生成二倍频532nm激光，其余1064nm激光和生成的532nm激光通过输出镜M2部分进入和频晶体，部分反射回倍频晶体和调Q光开关，并将其用于下一个激光调节周期；进入和频晶体的1064nm激光和532nm激光被部分和频成355nm激光，并经过滤波片的透射或反射处理，处理包括1064nm激光和532nm激光被滤波片阻挡反射，355nm激光透射穿过滤波片，得到满足输出要求的355nm激光。
在本实施例中，激光合成单元输出的激光能量为n×A×B% mJ，其中，n为激光子单元的并联个数，A为每个激光子单元输出的激光能量，B%为激光合成单元的合成效率；激光合成单元输出的激光脉冲宽度为(m-1)×T+m×t ns，其中，T为各时序电信号的时间间隔，m为脉冲数量，t为每个脉冲宽度。需要说明的是，以三角形脉冲为例，每个脉冲宽度为半高全宽，因此脉冲串宽度以整个脉冲串的半高全宽计算。
本发明实施例根据激光合成单元输出的激光的能量和脉冲宽度的公式，为激光合成单元的输出提供了具体的数值依据，可以实现高能量的激光和脉冲宽度展宽的任意配置需求，满足了激光消融的医学应用。
在一具体实施例中，以三个激光子单元分别输出三个脉冲为例，每个激光子单元输出的激光能量为90 mJ，激光合成单元的合成效率为85%，则三个并联激光子单元输出3×A×B%=3×90×85%=229.5 mJ的激光能量，大大提升了激光能量。当每个脉冲宽度t为20ns，三个时序电信号的时间间隔T相同且为10 ns，则此时三个并联激光子单元输出脉冲激光并经过激光合成单元的光束耦合处理后，输出激光的脉冲宽度为（3-1）×10+20=40 ns，实现了输出高能量的激光和脉冲宽度展宽的配置需求。需要说明的是，上述过程涉及到的所有数值均作为举例说明，不以此为限制，依据实际应用需求适应性调整。
综上，本发明实施例提供的高能量时空耦合激光装置的应用方法，实现了激光的高能量输出和脉冲宽度展宽。本发明实施例解决了应用于医疗激光消融时，由于额外展宽光路损耗过大导致激光消融导管端能量不足致使消融对象应用范围受限问题。本发明实施例中各激光谐振腔间的脉冲时间间隔可调，可以获得与脉冲宽度展宽情形下同样的激光单脉冲能量和峰值功率的效果，输出激光无需做脉宽调整仅做光斑整形后耦合即可。相比展宽光路，极大的减小了激光器输出能量在展宽光路中的能量损耗，既可以提高整机系统的稳定性和可靠性，也可以降低消融导管耦合端的制作难度，降低了导管耦合端的制作工艺成本。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种高能量时空耦合激光装置，其特征在于，所述装置包括：
脉冲延时控制单元、激光产生单元和激光合成单元；
所述脉冲延时控制单元，用于产生多个时序电信号，并将所述多个时序电信号发送至激光产生单元，所述时序电信号用于控制激光产生单元工作；
激光产生单元，包含多个并联的激光子单元，所述激光子单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光，激光产生单元产生多束脉冲激光后将所有脉冲激光输入到激光合成单元；
激光合成单元，用于将输入的多束脉冲激光在空间和时间上进行光束耦合后输出。
2.根据权利要求1所述的高能量时空耦合激光装置，其特征在于，所述脉冲延时控制单元还包括：根据预设激光输出要求控制多个时序电信号之间的时间间隔以及每个时序电信号的频率和脉冲宽度，用以调整输出激光的延时和脉冲宽度。
3.根据权利要求1所述的高能量时空耦合激光装置，其特征在于，所述激光子单元包含激光谐振腔及配套电路，所述激光谐振腔包括：全反镜M1、输出镜M2以及激光增益介质，用于在预设泵浦源激励下产生激光；所述配套电路用于调节激光并使其满足预设激光输出要求，配套电路的器件包括：调Q光开关、倍频晶体以及和频晶体。
4.根据权利要求2至3中任一所述的高能量时空耦合激光装置，其特征在于，根据脉冲延时控制单元控制调整后的多个时序电信号，调Q光开关用于周期性控制激光谐振腔的损耗以产生满足预设激光输出要求的激光。
5.根据权利要求3所述的高能量时空耦合激光装置，其特征在于，所述激光子单元还包含滤波片，用于透射或反射脉冲激光。
6.根据权利要求1所述的高能量时空耦合激光装置，其特征在于，所述光束耦合的方式包括：利用激光偏振光束耦合的方式或利用激光波长差异光束耦合的方式中之一。
7.一种高能量时空耦合激光装置的应用方法，应用于如权利要求1至6任一所述的高能量时空耦合激光装置，其特征在于，所述应用方法包括：
脉冲延时控制单元产生多个时序电信号，并将所述多个时序电信号发送至激光产生单元，所述时序电信号用于控制激光产生单元工作；
激光产生单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光，并将产生的多束脉冲激光输入到激光合成单元；
激光合成单元将输入的多束脉冲激光在空间和时间上进行光束耦合后输出。
8.根据权利要求7所述的高能量时空耦合激光装置的应用方法，其特征在于，脉冲延时控制单元根据预设激光输出要求控制多个时序电信号之间的时间间隔以及每个时序电信号的频率和脉冲宽度，用以调整输出激光的延时和脉冲宽度。
9.根据权利要求7所述的高能量时空耦合激光装置的应用方法，其特征在于，所述激光产生单元根据接收的时序电信号按时序产生对应的脉冲激光的过程，包括：激光增益介质在预设泵浦源的激励下产生1064nm的激光，传输至全反镜M1，产生全反射；激光增益介质将全反射的激光进行放大处理后，在时序电信号的控制下，经过调Q光开关周期性的产生激光脉冲，以使激光产生延迟进入倍频晶体；部分1064nm激光生成二倍频532nm激光，其余1064nm激光和生成的532nm激光通过输出镜M2部分进入和频晶体，部分反射回倍频晶体和调Q光开关，并将其用于下一个激光调节周期；进入和频晶体的1064nm激光和532nm激光被部分和频成355nm激光，并经过滤波片的透射或反射处理，处理包括1064nm激光和532nm激光被滤波片阻挡反射，355nm激光透射穿过滤波片，得到满足输出要求的355nm激光。
10.根据权利要求7所述的高能量时空耦合激光装置的应用方法，其特征在于，激光合成单元输出的激光能量为n×A×B% mJ，其中，n为激光子单元的并联个数，A为每个激光子单元输出的激光能量，B%为激光合成单元的合成效率；激光合成单元输出的激光脉冲宽度为(m-1)×T+tns，其中，T为各时序电信号的时间间隔，m为脉冲数量，t为每个脉冲宽度。
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