CN1248808A - Q开关激光器装置 - Google Patents

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Abstract

存储时间测量单元46接收从Q开关控制单元来的参考脉冲CP和从序列控制单元42来的高频振荡控制信号ec作为时间测量定时信号,测量每个参考脉冲的存储时间。脉冲顺序计数单元48接收参考脉冲CP并接收来自单元42的Q开关控制信号qc,对每个参考脉冲的顺序计数。根据参考脉冲CP(i),调制度控制单元50计算相应于CP(i)的调制度[MD]。将相应于调制度([MD]的调制度控制信号mc传递给Q开关控制单元。

Description

Q开关激光器装置
本发明涉及一种提供Q开关脉冲激光束振荡输出的Q开关激光器装置。
用Q开关可以将YAG激光器之类的固体激光装置的连续振荡转换成具有高峰值功率(峰值输出)的高速重复率的脉冲振荡。YAG激光器装置通常是利用超声波布拉格衍射作为声光Q开关。
如图10所示，声光Q开关100的设计，一般由人造石英玻璃104、压电元件108和高频匹配电路110组成。人造石英玻璃104作为一个极化介质，在它的入射和出射表面都镀有增透膜102，压电元件108通过一个胶合层106耦合到石英玻璃104一个表面(底面)，以产生超声。
当Q开关驱动器112提供例如24MHz、50W高频电信号ES经过匹配电路110到达压电元件108时，高频电信号ES由压电效应转换成超声波AS，并在石英玻璃104内部传输。由于光弹效应引起石英玻璃104内折射率的周期性分布，当光束LBi以一个适当的角度射到其上时，入射光束LBi就被衍射为LBR(即声光效应)。
图11示出一个Q开关YAG激光振荡器的结构。YAG棒116和激励灯118彼此平行地放置在一个椭圆柱形反射器114内的一对椭圆焦点上，输出镜120和全反射镜122分别放置在YAG棒116两端面的前方，Q开关100插在YAG棒116的一个端面和输出镜120之间。
如上文所描述，一旦高频电信号ES加到Q开关100上，使超声波AS通过石英玻璃104的内部，从YAG棒116射出的激光束的一部分就被Q开关100衍射，这样激光振荡器的损耗就增加，Q值就减小，导致激光振荡停止。
尽管激光振荡停止，然而，激励灯118对YAG棒116的激发还在继续，因此在激光振荡器内的激励能量仍在积累并储存。然后，如果当这些储存的激励能量变得足够大，这时关闭高频电信号ES，使Q值很快恢复。激光振荡器内将再次发生脉冲振荡，结果获得具有极高峰值功率(峰值输出)的Q开关脉冲激光束LBQ。
在实际应用中，加到Q开关100上的高频电信号ES已经被具有适当重复频率的调制脉冲所调制，所加的高频电信号ES在每一个调制脉冲持续时间内暂时中断，从而得到与调制脉冲同步的Q开关脉冲激光束LBQ。
参考图12，在即将实行Q开关脉冲振荡之前存储在激光振荡器内的激励能量正比于调制脉冲间隔或脉冲周期TQ，因此它随着脉冲周期TQ的变长而增大。但是当超过了饱和参考时间TS(例如500μs)时，它就达到饱和值EM。
因此，当脉冲周期TQ等于或大于TS时，Q开关脉冲激光束LBQ的峰值功率将达到最大或饱和电平PM，如图13A所示，而当脉冲周期TQ小于TS时，峰值功率由最大电平PM乘以比值(TQ/TS)，如图13B所示。
在实际应用时，上述Q开关激光振荡器的Q开关作用常常在比参考时间TS短的周期TQ时完成。
在这样一种情况下，如图14所示，可能引起这样一个问题，即在电源打开后或Q开关重新开始后立即出现的第一个Q开关脉冲激光束(即称为第一个脉冲的LBQ(1))其峰值功率可能会远高于其他(后续)的Q开关脉冲激光束LBQ(2)、LBQ(3)等等。
这可以认为是，打开电源或激光振荡输出重新开始后立即出现的第一个脉冲在下述状态下进行Q开关，即激励能量的存储量是饱和电平EM，而在稳态输出时，Q开关是在激光振荡器内储存的激励能量达到饱和电平EM之前(短于饱和参考时间TS的周期)完成的。
在精密激光加工的情况中，这种第一个脉冲LBQ(1)的过高峰值功率可能影响加工质量。
例如，在激光打标(marking)处理时，当打标处理点从一行(笔划)JA跳至另一行(笔划)JB时，如图15A所示，在JA的终点jA(N)和JB的起始点jB(1)之间可能有一个大的Q开关时间间隔TK
在此情况下，如果在描绘两个笔划JA和JB期间脉冲周期TQ短于TS，如图15B所示，则对应于起始点jB(1)的Q开关脉冲激光束，即第一个脉冲LBQB(1)的峰值功率，将远高于其他Q开关脉冲激光束LBQA(N-1)、LBQA(N)、LBQB(2)、LBQB(3)等，其结果是打出来的起始点jB(1)的尺寸远大于其他点jA(N-1)、jA(N)、jB(2)、jB(3)等的点尺寸，导致打标品质变差。
为了处理这种缺点，可以设想一种方法将第一个脉冲的调制度(振幅的压缩或衰减度)适当减小，从而抑制它的峰值功率，并与稳定状态下的峰值功率一致。
但是，通常，要想通过单个第一个脉冲LBQ(1)释放所有被储存的激励能是困难的，其结果是剩下的激励能被转移到后续的Q开关脉冲激光束LBQ(2)、LBQ(3)等上去，发生使它们的峰值功率突然变高的现象，如图14中虚线所示。
另外，这种现象将会随第一个脉冲LBQ(1)振荡输出开始之前的存储时间或脉冲周期TQ(Q开关周期)而变。具体地讲，当储存时间超过了饱和参考时间TS之后存在某个过渡时间时，与正好超过时间TS的情况相比，或在更短的脉冲周期TQ时相比，这种能从第一个脉冲LBQ(1)转移到后续脉冲LBQ(2)、LBQ(3)等的激励能量的程度或限度将会更大。
在过去，通过以重复试验和差错方式适当改变每个Q开关脉冲激光束的调制度。但是，这种方法不能处理任何实际的应用。例如在上述激光打标处理中，在两个笔划之间Q开关中断时间不可能总是不变，而且随图案不同可能变化很大，所以很难通过重复试验和差错方式来设定调制，或者用固定的调制控制来处理这类问题。因此，要想通过提供具有均匀的峰值功率的Q开关脉冲激光束的振荡输出，来获得均匀的打点图形是很困难的。
本发明的设想就是针对上述问题的。因而本发明的目的就是要提供一种Q开关激光器装置，它可按照激光振荡器中的实际激励能量存储量来确保最佳的调制控制。
为了解决上述问题，本发明的第一方面是提供一种Q开关激光器装置，它包括：包含Q开关的激光振荡器；电源，为所述激光振荡器的连续振荡提供电功率；高频振荡装置，产生固定频率的高频电信号；参考脉冲发生装置，产生用于调制所述高频电信号的具有所期望的重复频率的调制参考脉冲；存储时间测量装置，测量所述高频信号保持其振幅在稳定电平直到由所述参考脉冲发生装置产生的预定调制参考脉冲的脉冲持续时间开始的时间，将其作为所述激光振荡器中Q开关脉冲振荡的激励能量存储时间；调制度计算装置，根据由所述存储时间测量装置所测的存储时间来计算相应于所述预定调制参考脉冲的调制度；调制装置，根据所述调制参考脉冲，并对应于由所述调制度计算装置计算的调制度，调制所述高频电信号；及Q开关驱动器装置，响应于所述调制高频电信号来驱动所述Q开关，使所述激光振荡器振荡并输出Q开关脉冲激光束，此光束与所述调制参考脉冲同步，并有符合所述调制度的峰值功率。
本发明的第二个方面是提供一种Q开关激光器装置，它包括：包含有Q开关的激光振荡器；电源，为所述激光振荡器连续振荡提供电功率；高频振荡装置，产生固定频率的高频电信号；参考脉冲发生装置，产生用于调制所述高频电信号的具有所期望的重复频率的调制参考脉冲；存储时间测量装置，测量所述高频信号保持其振幅在稳定电平直到由所述参考脉冲发生装置产生的预定调制参考脉冲的脉冲持续时间开始的时间，将其作为所述激光振荡器中Q开关脉冲振荡的激励能量存储时间；脉冲顺序计数装置，用等时间间隔的脉冲串来对所述预定调制参考脉冲的顺序计数；调制度计算装置，根据由所述存储时间测量装置测量的存储时间和由所述顺序计数装置计数的顺序，计算相应于所述预定调制参考脉冲的调制度；调制装置，根据所述调制参考脉冲，并对应于由所述调制度计算装置计算的调制度，调制所述高频电信号；及Q开关驱动器装置，响应于所述调制高频电信号来驱动所述Q开关，使所述激光振荡器振荡并输出Q开关脉冲激光束，此光束与所述调制参考脉冲同步，并有符合所述调制度的峰值功率。
根据第一或第二个方面所述的Q开关激光器装置中，存储时间测量装置包括第一计时器装置，用来测量从高频电信号馈入开始点到第一个馈入的调制参考脉冲的前沿开始点之间所经过的时间；第二计时器装置，测量在馈入的高频电信号持续期间所加的两个相继调制参考脉冲之间所经过的时间，即前一个调制参考脉冲后沿端点至后一个调制参考脉冲前沿端点。
另一方面，根据第一或第二个方面所述的Q开关激光器装置中，调制装置可包括调制脉冲发生装置，它产生与调制参考脉冲同步的调制脉冲，调制脉冲前沿的上升陡度与调制度一致；振幅调制装置，用调制脉冲来调制高频电信号的振幅。
最好，根据第一或第二个方面所述的Q开关激光器装置中，调制装置可包括：调制脉冲发生装置，它产生与调制参考脉冲同步的调制脉冲，调制脉冲的幅度与调制度一致；以及振幅调制装置，用调制脉冲来调制高频电信号的振幅。
根据本发明的上述Q开关激光器装置，要测量每个Q开关开始的激励能量存储时间，依据存储时间控制Q开关的调制度，由此根据激光振荡器中激励能的实际存储量，提供调制的最佳控制。
通过结合附图对本发明的详细描述，本发明中上述及其他目的、方面、特征和优点将变得更加清楚，附图中：
图1表示根据本发明一实施例的用于扫描打标的Q开关YAG激光处理装置的主体部分结构方框图；
图2是表示本实施例的Q开关控制单元结构的方框图；
图3A到3E是波形图，显示了各个部分上出现的信号波形，用以解释本实施例的Q开关控制单元中脉冲发生器、脉冲整形电路和调制脉冲发生电路的功能；
图4A到4C是解释基本调制控制方法的波形图，它是本实施例中的Q开关调制控制的基础；
图5A到5C是解释基本调制控制方法的波形图，它是本实施例中的Q开关调制控制的基础；
图6是表示主控单元的功能结构框图，本单元提供本实施例中的Q开关调制控制；
图7表示本实施例中的激光打标中相继两个笔划之间的转换；
图8A到8C是表示相应于本实施例的图7中的模式的各个部分出现的波形图；
图9A到9C是表示本实施例中基本Q开关调制控制方法变型的波形图；
图10是表示声光Q开关的结构图；
图11是表示Q开关YAG激光振荡器结构的透视图；
图12示出在Q开关激光器装置中，激励能量存储量和脉冲周期之间的关系；
图13A和13B示出在Q开关激光器装置中，Q开关脉冲激光束的峰值功率与脉冲周期之间的关系；
图14表示Q开关固体激光器中，第一脉冲、第二脉冲等的峰值功率异常突起的现象；及
图15A和15B是表示激光打标处理中，图14的现象可能引起的缺陷；
本发明将参考图1到图9来描述，这些附图示出本发明的优化实例，但不作为限定。
图1表示根据本发明一实施例的用于扫描打标的Q开关YAG激光处理装置的主体部分结构方框图。
本发明的YAG激光处理装置包括：YAG棒10、激励灯12、输出镜14、全反射镜16及Q开关18组成，它们全体构成类似于图11所示的YAG激光振荡器19。
激励灯12接收从电源电路20供给的连续振荡的电功率，可连续发光。YAG棒10被从激励灯12发出的基本稳定的光束激励，并且从棒的轴向两端表面射出基本稳定的光束。
当加到Q开关18上的高频电信号ES中断时，从YAG棒10的两端面发出的光反复地通过Q开关18在输出镜14和全反射镜16之间反射共振放大。在此之后光束通过输出镜14在轴向以Q开关脉冲激光束LBQ的形式输出。从输出镜14输出的Q开关脉冲激光束LBQ通过未示出的光学传输系统，如反射镜或光纤，传输到扫描单元22。
扫描单元22内含一个光学扫描机构和一个扫描驱动电路，前者用以在要加工的材料W上，由Q开关脉冲激光LBQ的束斑扫出所期望的图案来。
Q开关18可以是声光Q开关，它具有和图10示出的相同的结构和功能。因此，当在Q开关控制单元24的控制下，由Q开关驱动器20发出的高频电信号ES加在Q开关18上的时间期间，利用声光效应从YAG棒10来的入射光束LBi将被声光Q开关18所衍射(因而降低它的Q值)，从而在谐振器中建立和存储激励能，而当高频电信号Es的供应被关闭时，Q开关18就允许入射激光束LBi照直向前(恢复它的Q值)，因而可以通过已积累起来的激励能在一个冲程(stroke)内完成激光振荡，产生Q开关脉冲激光束LBQ。
主控单元28由微计算机组成，用于按照内置存储器中的程序或通过输入装置30的输入各种设定值或命令，提供对不同部件动作的控制，这些部件包括电源电路20、扫描单元22和Q开关控制单元24。
图2示出本实施例中Q开关控制单元24的电路结构。Q开关控制单元24包括：脉冲发生器32、脉冲整形电路34、调制脉冲产生电路36、高频振荡器38和调制电路40。
脉冲发生器32例如是由V-F(电压-频率)转换器构成的，它接收由主控单元28发出的Q开关控制信号qc和频率控制电压vs，并产生脉冲SP，当qc有效时(例如，高电平)，其重复频率与重复频率控制电压vs值成正比。
正如图3C描绘的，脉冲发生器32产生的脉冲SP的脉冲宽度TSP反比于重复频率而变化。具体地讲，较低的重复频率导致较大的脉冲宽度TSP，而较高的重复频率导致较小的脉冲宽度TSP。
脉冲整形电路34例如是单稳态多谐振荡器。它接收脉冲发生器32产生的脉冲SP并发射脉冲CP，该脉冲具有对应于脉冲SP前沿的脉冲宽度TW并具有某种振幅，如图3C和3D所示。
本示例中脉冲发生器32和脉冲整形电路34组成参考脉冲发生装置，输出从脉冲整形电路34发射的有某个脉宽的脉冲CP作为调制参考脉冲。
图3A中为说明本示例中参考脉冲发生装置的功能，令参考脉冲发生器32重复频率控制电压vs的电平随时间单调增加，虽然，在实际中，频率控制电压vs保持在某个电压电平上，该电压电平对应于Q开关脉冲激光束LBQ的重复频率(Q开关频率)的设定值。
调制脉冲产生电路36接收从脉冲整形电路34来的脉冲CP，并产生脉冲MP与脉冲CP同步调制，脉冲MP的上升陡度θ与从主控单元28来的调制度控制信号mc一致，如图3D和3E所示。
调制电路40接收从调制脉冲产生电路36来的调制脉冲MP，并接收以例如24MHZ和50W从高频振荡器38依次输出的高频信号ES0形式的载波，以采用调制脉冲MP来调制高频电信号ES0的振幅，从而相继产生用于Q开关的高频电信号ES。
在本实施例中，调制装置由调制脉冲产生电路36和调制电路40组成。
应理解的是，高频振荡器38根据从主控单元28来的高频振荡控制信号ec对高频信号ES0作开-关控制，以确保高频电信号ES0只在信号ec有效(高电平)的时间内发出。
Q开关驱动器26可以是功率放大器类型的驱动器电路，它具有与图10所示相同的结构和功能，它用于放大从调制电路40来的高频电信号ES的功率，并借助于这样放大的高频电信号来驱动Q开关18。
下面参看图4A到4C及图5A到5C，它描述了一种基本调制控制方法，它是本实施例中Q开关的基础。
正如图4A、4B和4C可见，当调制电路40接收电压超过预定电平的方波形式的调制脉冲MP时，就获得一个具有固定振幅的高频电信号ES，它有着对应于调制脉冲MP低电平的工作周期和对应于调制脉冲MP的高电平的截止周期(完全截止周期)。一旦Q开关18被此高频电信号ES作用，激光振荡器19就在截止周期开始处产生Q开关脉冲振荡，使输出镜14输出Q开关脉冲激光束LBQ。
如果激光振荡器19被提供有来自电源电路20的恒定不变的功率而连续振荡，则每个Q开关脉冲激光束LBQ(i)的峰值功率将正比于每个相应于调制脉冲MP(i)之前的高频电信号ES的工作周期，即正比于激励能量存储时间TG(i)，TG(i)定义为从最接近的调制脉冲MP(i-1)的后端到当前的调制脉冲MP(i)的前沿始点所经历的时间。要注意的是，如果这个存储时间TG(i)超过参考时间TS，峰值功率则将保持在预定的饱和电平上。
本领域的技术人员都知道，有多种方法能在这种给定的脉冲间隔或脉冲周期下，对Q开关脉冲激光束LBQ的峰值功率提供任意可变的控制。这些方法之一如图5A到图5C所示。这一方法，不是瞬时地将调制脉冲MP从低电平升到高电平，而是形成一个上升波形(MP’)，它有一个适当的斜度或陡度θ，以确保高频电信号ES的振幅逐渐减小(ES’)到零。
根据这种方法，当高频电信号ES的振幅变得小于某一阈值时，就会发生Q开关脉冲振荡(LBQ)。在脉冲信号MP’的前沿的上升陡度θ越小，就越要求更长的时间使高频电信号(ES’)的振幅变成小于阈值(即，使Q开关开始时的激励能量的损耗变得更大)，结果使Q开关脉冲激光束LBQ的峰值功率变得更低。
在本实施例中，正如下文将描述的，主控单元28根据参考脉冲CP测量每个调制脉冲MP(i)之前的存储时间TG，并用从Q开关控制信号qc来的单个等时间间隔脉冲串来对每个参考脉冲CP的顺序进行计数，从而获得与测量到的或计数的存储时间和顺序相符合的调制度[MD]。然后，将对应于这样获得的调制度[MD]的调制度控制信号mc传递给Q开关控制单元24中的调制脉冲产生电路36，由此产生具有与调制度[MD]一致的上升陡度θ的调制脉冲MP。
图6表示本实施例中与Q开关调制控制有关的主控单元28中的功能结构。
与本实施例的Q开关调制控制相关联，这个主控单元28包括序列控制单元42、设定单元44、存储时间测量单元46、脉冲顺序计数单元48以及调制度控制单元50。
设定单元44保存通过输入装置30输入的用于打标处理的各种设定值数据。根据从设定单元44馈入的打标绘图数据、打标速度和Q开关频率等设定值，序列控制单元42传递Q开关控制信号qc和重复频率控制电压vs到Q开关控制单元24内的脉冲发生器32，并传递高频振荡控制信号ec到高频振荡器38。
振荡控制信号ec通常在电源开启期间有效(高电平)，允许高频振荡器38连续地发出高频电信号ES0。
Q开关控制信号qc通常对每一笔划打标周期有效(高电平)。例如在打标两个相继的笔划JA和JB的情况中，如图7所示，在打标笔划JA的时间内信号qc保持高电平，允许参考脉冲发生器32发出脉冲SP(也就是执行Q开关)，在笔划JA打标完成时，信号qc瞬时降低，使脉冲SP中断(即，停止Q开关)，同时扫描单元22使打标点跳到下一笔划JB的开始点。然后，当笔划JB打标开始时，信号qc再次升为高电平，以输出脉冲SP(即，恢复Q开关)。
频率控制电压vs有一个相应于Q开关频率设定值的电压电平。在一次打标处理中，Q开关频率通常设定为固定值，这样，频率控制电压vs的电平电平也保持在设定值。
存储时间测量单元46接收从Q开关控制单元24的脉冲整形电路34来的参考脉冲CP和从序列控制单元42来的振荡控制信号ec作为时间测量定时信号。
相对于参考脉冲CP，测量每个脉冲的前沿始点和尾部端点。在两个相继的参考脉冲CP(i-1)和CP(i)之间，测量从前面的脉冲CP(i-1)的脉冲尾部端点直到随后的脉冲CP(i)的脉冲起始点所经过的时间TG(i)，使之作为与后一脉冲CP(i)相应的存储时间。
此外，对于振荡控制信号ec，要检测当信号ec变为有效时(通常是正好在开启电源或打标工作开始之后)的特定时间。测量从上述检测的时间点到第一参考脉冲CP(1)的脉冲前沿所经过的时间TG(1)作为相应于第一参考脉冲CP(1)的存储时间，将测量数据连续输出。
脉冲顺序计数单元48接收从脉冲整形单元34来的参考脉冲CP作为计数目标信号，并接收从序列控制单元42来的Q开关控制信号qc作为计数周期控制信号。
在一笔划打标开始时，Q开关控制信号qc从低电平升到高电平，与之相应，脉冲顺序计数单元48开始对参考脉冲CP计数，此后，每当收到参考脉冲CP时，计数值或顺序值<i>就增加一，如<1>、<2>、<3>、<4>…，计数值相继输出。然后，一个笔划的打标终止时，Q开关控制信号qc从高电平降到低电平，与之相应，脉冲顺序计数单元48完成单个计数动作。应注意的是，在计数开始或结束时要复位。
调制度控制单元50接收分别由存储时间测量单元46和脉冲顺序计数单元48馈入的每个参考脉冲CP(i)的存储时间的测量数据TG(i)和顺序值计数数据<i>，并根据上述测量的计数值和从设定单元44来的希望的设定值(固定值)，通过计算或查表获得与参考脉冲CP(i)相应的调制度[MD]。然后，将相应于这样获得的调制度[MD]的调制度控制信号mc馈入到调制脉冲产生电路36。
调制脉冲产生电路36接下来产生一个调制脉冲MP，它有一个上升陡度θ，与从脉冲整形单元34来的参考脉冲CP(i)同步，并和从调制度控制单元50来的调制度控制信号mc相对应。然后，基于这个调制脉冲MP，调制电路40调制高频电信号ES0的振幅，因而产生一高频电信号ES，它以相应于调制脉冲MP的上升陡度θ的衰减率衰减。
正如上文所述，由于在激光振荡器部分的Q开关时激励能的存储量的变化，与稳态时的峰值功率相比，可能有一种趋势，即第一个Q开关脉冲激光束，又叫作第一脉冲激光束LBQ(1)，或第二、第三Q开关脉冲激光束LBQ(2)或LBQ(3)的峰值功率，在电源开启后瞬间或Q开关重新开始后的瞬间，形成异常的突起。在激光打标处理的情况中，它能引起每个笔划的起始点异常的粗。
在本实施例中，存储时间测量单元46测出直到激光振荡器19中每次Q开关开始的所经历的激励能存储时间TG。用这个存储时间值TG作为一个参量，依照图12中示出的特性曲线，调制度控制单元50进行预定计算或检索预定的查询表，这就能够获得调制度，超过饱和参考时间TS的第一脉冲激光束LBQ(1)的峰值功率因此受到抑制。
即使存储时间TG超过饱和参考时间TS，仍可以按照超过时间的长度可变地控制调制度。例如，可以分别定义比饱和参考时间TS长预定时间ta和tb(ta＜tb)的第二、第三个比较参考时间Ta和Tb，这样，调制度就可对下列①TS＜TG＜Ta、②Ta＜TG＜Tb和③Tb＜TG每种情况设定不同的值。
这样，在抑制第一脉冲激光束LBQ(1)的峰值功率时，当由于电源开启后有一较长时间段或笔划间隔较大存储时间相对较长(情况③)时，通过将调制度或上升陡度θ设定到最小控制值，可使抑制度达到最大。相反，当由于笔划间隔较小而使存储时间TG稍微超过参考时间TS(情况①)时，通过将调制度或上升陡度θ设定到大于最小控制值，就可减弱抑制度。
此外，在本实施例中，脉冲顺序计数单元48以每组等时间间隔脉冲，即基于打标处理中的一个笔划，对每个参考脉冲CP(1)、CP(2)、…的顺序计数。调制度控制单元50能够对每个脉冲提供一个可变的调制度控制，其方式为这个参量也包含每个顺序值<i>。
例如，上述情况③中，如果第一脉冲LBQ(1)的峰值功率被大大抑制达到稳态电平，则剩余激励能当时不被释放，而是适当地转移到后面的第二个脉冲LBQ(2)、第三个脉冲LBQ(3)等等。所以，第二个脉冲LBQ(2)、第三个脉冲LBQ(3)等也可以受调制度控制，以通过适当减小上升陡度θ来抑制它们的各个峰值功率。
在那时，对于第二个脉冲LBQ(2)、第三个脉冲LBQ(3)等等，也同样可以考虑从存储时间测量单元46获得的存储时间TG或由设定单元44提供的Q开关频率。具体地讲，更短的存储时间TG(或更高的Q开关频率)将导致在更高程度和更大范围内使激励能量从第一脉冲LBQ(1)转移到随后的许多脉冲中去。
将应理解的是，从存储时间测量单元46获得的存储时间TG，与由设定单元44来的Q开关频率相比，更能精确地表示激励能量存储实际状态的参数。
因此，通过以适当的方式可变地控制Q开关脉冲激光束LBQ(1)、LBQ(2)、LBQ(3)等等的调制度，使之分别具有与预定的函数或表格相一致的顺序值，并利用从存储时间测量单元46来的存储时间TG和从脉冲顺序计数单元48来的脉冲顺序值<i>，就可能使它们各自的峰值功率基本上与稳态时的峰值功率符合。
作为例子，图8A到图8C示出在本实施例中当如图7所示地两个相继的笔划JA和JB被打标时，在各个部分出现的波形图。此例中，峰值功率的抑制控制只提供给笔划JB中的第一脉冲LBQ(1)及第二脉冲LBQ(2)。
具体地讲，使最前一个调制脉冲MPB(1)的上升陡度θ大大小于稳态电平(约90度)，因而在很大程度上放宽调制度，从而使第一脉冲LBQ(1)的峰值功率被很强地抑制了。另外，只使第二调制脉冲MPB(2)的上升陡度θ比稳态电平稍微小一点，因而调制度放宽程度较小，从而使第二脉冲LBQ(2)的峰值功率被抑制得弱一些。
第三和后继脉冲的上升陡度θ固定在稳态值(约90度)，以消除对峰值功率的任何抑制。
各部分的波形如图8A到8C所示，特别是，采用上文所述主控单元28内的存储时间测量单元46、脉冲顺序计数单元48和调制度控制单元50，调制脉冲MP的波形和高频电信号ES的波形根据每个与调制脉冲MP(i)有关的存储时间TG(i)和脉冲顺序<i>来控制。
按照本实施例，以这种方式，在激光打标时，将基本上相同的峰值功率传递到每个脉冲激光束LBQ，从而使形成在每笔划内的打标点基本上具有相同尺寸，正如图7所示，因此改善了打标质量。
可以认识到，上述用于传递基本相同的峰值功率到每个Q开关脉冲激光束LBQ的调制控制，只是本实施例中的固体激光装置的一个方面或一种应用。按照本实施例中的Q开关调制控制功能，它也将能逐脉冲地单独控制调制度，以使每个Q开关脉冲激光束LBQ的峰值功率以单独或独立的方式被可变地控制。
为了提供对Q开关脉冲激光束LBQ的峰值功率的可变控制，上述实施例采用的方法(图5A到5C)是今调制脉冲MP的前沿的上升陡度θ依据调制度可变地受到控制。因此，在Q开关控制单元24中安置调制脉冲产生电路36来产生调制脉冲MP，使之与从脉冲整形电路34来的脉冲CP同步，并使每个脉冲的上升陡度θ与来自主控单元28(调制度控制单元50)的调制度控制信号mc相符合。
然而，与上述类似的调制控制也可以用其它的基本调制控制方法或峰值功率控制方法来实现，方法之一是按照图9A到9C所示调制度来将可变控制应用到调制脉冲MP的振幅电平A。在使用该方法的情况下，Q开关控制单元24中的调制脉冲产生电路36用来产生与从脉冲整形电路34来的脉冲CP同步的调制脉冲MP，每个脉冲的振幅与从主控单元28(调制度控制单元50)来的调制度控制信号mc相一致。其他电路如调制电路40与上述实施例有相同的结构。
参考图9A和9B，当调制脉冲MP的振幅电平A高于预定阈值AS时，高频电信号ES由于在调制电路40内的振幅调制，它的振幅电平在截止期间变为0，使得激光振荡器19的Q值回到它的最大值。然而，当调制脉冲MP的振幅电平A低于预定阈值AS时，高频电信号ES受该调制脉冲MP的振幅调制，其振幅电平不能达到零，引起一个不完全的截止状态，于是Q值仅可以回到它的中间值。这便削弱了Q开关脉冲振荡对Q开关脉冲激光束LBQ峰值功率的抑制。
虽然，在本实施例中，主控单元28中的存储时间测量单元46及脉冲顺序计数单元48已经接收到从脉冲整形电路34来的参考脉冲CP，将其分别用作时间测量的定时信号和计数目标信号，但也可接收其他具有相同定时的脉冲或信号。例如，从脉冲发生器32发出的脉冲SP可作为计数目标信号送到脉冲顺序计数单元48。
此外，虽然调制控制的精度可能变成低于上述示例中的程度，但仍可能使调制单元50只根据来自存储时间测量单元46的存储时间TG而不用脉冲顺序计数单元48来计算调制度。
Q开关控制24和主控单元28中各自的整体或它们各自的结构单元可以有各种不同的构成。激光振荡器19的结构也可以由各种方式的修改。作为一个例子，激励灯12可以用半导体激光器来代替。应理解的是，在上述示例中激光打标用的YAG激光处理装置仅仅是一个例子，而本发明可以适用于任何Q开关的激光装置。

Claims (8)

1.一种Q开关激光器装置，包括：
包含Q开关的激光振荡器；
电源，为所述激光振荡器的连续振荡提供电功率；
高频振荡装置，产生固定频率的高频电信号；
参考脉冲发生装置，产生用于调制所述高频电信号的具有所期望的重复频率的调制参考脉冲；
存储时间测量装置，测量所述高频信号保持其振幅在稳定电平直到由所述参考脉冲发生装置产生的预定调制参考脉冲的脉冲持续时间开始的时间，将其作为所述激光振荡器中Q开关脉冲振荡的激励能量存储时间；
调制度计算装置，根据由所述存储时间测量装置所测的存储时间来计算相应于所述预定调制参考脉冲的调制度；
调制装置，根据所述调制参考脉冲，并对应于由所述调制度计算装置计算的调制度，调制所述高频电信号；及
Q开关驱动器装置，响应于所述调制高频电信号来驱动所述Q开关，使所述激光振荡器振荡并输出Q开关脉冲激光束，此光束与所述调制参考脉冲同步，并有符合所述调制度的峰值功率。
2.一种Q开关激光器装置，包括：
包含有Q开关的激光振荡器；
电源，为所述激光振荡器连续振荡提供电功率；
高频振荡装置，产生固定频率的高频电信号；
参考脉冲发生装置，产生用于调制所述高频电信号的具有所期望的重复频率的调制参考脉冲；
存储时间测量装置，测量所述高频信号保持其振幅在稳定电平直到由所述参考脉冲发生装置产生的预定调制参考脉冲的脉冲持续时间开始的时间，将其作为所述激光振荡器中Q开关脉冲振荡的激励能量存储时间；
脉冲顺序计数装置，用等时间间隔的脉冲串来对所述预定调制参考脉冲的顺序计数；
调制度计算装置，根据由所述存储时间测量装置测量的存储时间和由所述顺序计数装置计数的顺序，计算相应于所述预定调制参考脉冲的调制度；
调制装置，根据所述调制参考脉冲，并对应于由所述调制度计算装置计算的调制度，调制所述高频电信号；及
Q开关驱动器装置，响应于所述调制高频电信号来驱动所述Q开关，使所述激光振荡器振荡并输出Q开关脉冲激光束，此光束与所述调制参考脉冲同步，并有符合所述调制度的峰值功率。
3.如权利要求1所述的Q开关激光器装置，其中，
所述存储时间测量装置包括：
第一计时器装置，用于测量从所述高频电信号的馈入起始点到所述调制参考脉冲的第一个馈入脉冲的前沿起始点所经过的时间；及
第二计时器装置，测量在馈入所述高频电信号期间馈入的所述调制参考脉冲中两个相继脉冲之间、从前一个调制参考脉冲的尾部端点到后一个调制参考脉冲的前沿开始点的时间。
4.如权利要求2所述的Q开关激光器装置，其中，
所述存储时间测量装置包括：
第一计时器装置，用于测量从所述高频电信号的馈入起始点到所述调制参考脉冲的第一个馈入脉冲的前沿起始点所经过的时间；及
第二计时器装置，测量在馈入所述高频电信号期间馈入的所述调制参考脉冲中两个相继脉冲之间、从前一个调制参考脉冲的尾部端点到后一个调制参考脉冲的前沿开始点的时间。
5.如权利要求1所述的Q开关激光器装置，其中，
所述调制装置包括：
调制脉冲发生装置，产生与所述调制参考脉冲同步的调制脉冲，所述调制脉冲的前沿有和所述调制度相符合的上升陡度；及
振幅调制装置，用所述调制脉冲来调制所述高频电信号的振幅。
6.如权利要求2所述的Q开关激光器装置，其中，
所述调制装置包括：
调制脉冲发生装置，产生与所述调制参考脉冲同步的调制脉冲，所述调制脉冲的前沿有和所述调制度相符合的上升陡度；及
振幅调制装置，用所述调制脉冲来调制所述高频电信号的振幅。
7.如权利要求1所述的Q开关激光器装置，其中，
所述调制装置包括：
调制脉冲发生装置，产生与所述调制参考脉冲同步的调制脉冲，所述调制脉冲具有和所述调制度符合的振幅；及
振幅调制器，用所述调制脉冲来调制所述高频电信号的振幅。
8.如权利要求2所述的Q开关激光器装置，其中，
所述调制装置包括：
调制脉冲发生装置，产生与所述调制参考脉冲同步的调制脉冲，所述调制脉冲具有和所述调制度符合的振幅；及
振幅调制器，用所述调制脉冲来调制所述高频电信号的振幅。
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