CN1347176A - 激光处理设备 - Google Patents

Abstract

激光振荡器6配备有其操作受到Q开关控制脉冲控制的Q开关单元和光谐振器7,当Q开关单元在Q开关控制脉冲控制下导通时,抑制光谐振器7中的振荡,当Q开关单元截止时,振荡正常进行。光开关单元9置于激光振荡器与激光脉冲处理目标之间的光路上,激光脉冲从激光振荡器发出并在光开关脉冲的控制下通过或者被阻挡。计算机1提供的I/O数据指定了Q开关单元周期操作的重复频率,并将Q开关单元的导通期间指定为激励期间。控制单元2产生Q开关频率脉冲、与Q开关频率脉冲同步的Q开关控制脉冲及与Q开关控制脉冲同步的光开关脉冲。Q开关控制脉冲的脉宽与作为激励期间的周期对应。光开关脉冲的脉宽与预定为激光通过期间的时间对应。

Description

激光处理设备

发明技术领域

本发明涉及激光处理设备的“巨脉冲”技术，更具体地说，本发明涉及对Q开关激光振荡器输出的第一个脉冲的控制。

现有技术

使用在Q开关控制下生成的固态激光的激光处理设备包括激光修整装置和激光标识装置。随着诸如迷你磁盘(MD)、数字摄像机(DVC)以及便携式电话的数据终端设备向小型化的发展，用这些设备处理的占据目标物体较大部分的半导体和电子元件也变得越来越轻、越来越小。作为当前价格竞争的结果，这些东西的价格水平也相应地降低。

鉴于这种情况，需要有一种更高速的处理办法来提高激光处理设备的产率。但是，用于获取具有最佳峰值的激光的Q开关频率是根据激光振荡器的激励方法(例如，灯(Lamp)激励方法或激光二极管激励方法)或谐振器的结构而改变的，即使当振荡波长相同时也如此。

具体来说，在Q开关固态激光振荡器中具有第一个脉冲(即，暂停处理之后的第一次发射)的峰值过大的问题。

这种问题的发生源于以下原因：当储存光能的时间(被称为激励周期)因诸如处理暂停等而持续很长时，储存在激光介质内的能量密度将达到饱和状态。当短周期的Q开关激光振荡在这种情况下形成时，达到饱和值的能量将在第一个脉冲中被释放。但是，跟随此第一脉冲之后被发射的每个激光脉冲所释放的能量都是其各个短周期的激励周期内所储存的没有达到饱和值的能量。结果，在能量密度达到饱和值之后的第一脉冲峰值将高于能量密度达到饱和之前被释放的激光脉冲的峰值。

图1的框图显示出了根据现有技术的一个典型例子的一种Q开关振荡器的主要组成单元。计算机1为控制单元2提供：Q开关的导通/截止周期数据以作为I/O数据(指定用于对待被激光脉冲处理的目标进行照射的周期的数据)，即，一个处理周期(对要用一系列激光脉冲处理的目标进行照射的时间)，Q开关频率，以及Q开关频率脉冲的脉冲宽度。控制单元2响应I/O数据而产生Q开关控制脉冲信号，并将此信号提供给Q开关驱动器4。激光振荡器6的光谐振器7之内的Q开关单元8响应其接收到的脉冲信号而导通或截止。

在上述说明中，所谓Q开关单元8的导通指的是光谐振器的Q值的快速减小，这样就抑制了激光的谐振。相反，当Q开关单元8处于截止状态时，光谐振器的Q值恢复至正常值，由此产生了正常的激光振荡。

当Q开关单元从导通状态切换到截止状态时，Q开关单元8在导通状态期间储存在激光介质中的光能急剧释放，由此发出了具有较高峰值的激光脉冲。此具有高峰值的激光脉冲被称为“巨脉冲”(以下将参考图3进行说明)。

图2的框图显示了图1所示控制单元2中的激光控制单元3的结构。激光控制单元3配备有解码器12、可编程分频电路13、参考时钟振荡器15以及定时器电路16。

解码器12对计算机1所提供的I/O数据进行解码。可编程分频电路13对来自参考时钟振荡器15的参考时钟信号进行分频，并产生由解码的I/O数据所指定的频率的Q开关频率脉冲(周期T3)。定时器电路16接收Q开关频率脉冲并将一脉冲宽度为T4的Q开关控制脉冲提供给Q开关驱动器4。

图3是一个时序图，它显示了激光脉冲的发射时序。该图所示的例子中，在第一个Q开关控制脉冲被输入至Q开关单元8之前，Q开关单元8已保持处于导通状态一段时间，此时间段比Q开关周期T3要长，从而使被储存于激光介质的光能上升到达饱和状态。

当第一Q开关控制脉冲在时刻t0上被加载给Q开关单元8时，对振荡器振荡的抑制被解除，从而使在较长的激励周期内上升达到饱和状态的光能被急剧释放，进而发出一个巨脉冲。在较长激励周期之后的第一个巨脉冲被称为是“第一脉冲”。

当第一脉冲被发射出去之后，在接收到下一个Q开关控制脉冲之前的激励周期#T1相对较短，而且此周期#T1中保存在激光介质内的光能未达到饱和状态，在这种情况下，随后的巨脉冲的峰值将低于第一脉冲的峰值。由于Q开关控制脉冲在时刻t0之后以固定时间间隔被提供给Q开关单元8，因而使激励周期具有相同的持续时间，所以从第二巨脉冲开始所发射的巨脉冲都具有相同的峰值。第一脉冲和其后的巨脉冲之间的脉冲高度差通常会使处理出现不均匀的情况，而这是我们不希望看到的。

如日本未决专利N0.354876/99(以下称为“参考文献1”)中所述的激光处理设备和方法已得到采用以消除由于产生具有过大脉冲高度的第一脉冲而妨碍了理想条件下的处理的问题。

为了抑制第一脉冲，参考文献1中所述的设备配备了一个第一脉冲抑制控制电路以及一个光能释放脉冲发生电路。第一脉冲抑制控制电路逐渐改变一Q开关控制脉冲(命令开关脉冲)，从而释放处理暂停期间或处理之前储存在激光介质中的光能。光能释放脉冲发生电路能够控制Q开关以使释放结束时剩余的光能被完全释放。

这种设备能够抑制第一脉冲。但是，由于它需要一个预备时间以用于有效地释放储存在激光介质中的光能，所以存在很多问题，例如，因为需要有预备时间以用于消除第一脉冲，所以它不能以最大速度进行处理。

日本未决专利申请公报NO.313145/98(以下称为“参考文献2”)中所揭示的激光处理设备具有这样一种结构，即：激光介质和极化分束镜被排列成公用部件；激光谐振器被排列成用于极化分束镜所分开的各个光束；而Q开关单元被排列成位于两个激光谐振器的各谐振器的光轴上，从而使Q开关单元受到独立的导通/截止控制。

这种激光处理设备的特征在于，通过独立控制两个具有一共用激光介质的激光谐振器的每一个的Q开关单元，就可隔离且单独地获取各个激光谐振器的激光输出。因此，单元激光谐振器就可由任何Q开关频率的Q开关脉冲列的第一脉冲引起振荡，而第二激光谐振器则可由跟随在第一脉冲之后的Q开关脉冲列引起振荡。这样，只利用第二谐振器的输出就可获取一个其中第一脉冲已被消除的巨脉冲列。

但是，这种方法具有结构复杂和成本较高的问题。

由本发明的发明人申请的日本专利申请2000-174490中揭示出了一种与现有技术中所使用的上述激光处理设备的第一脉冲控制方法不相同的方法。这种方法构成了本发明的前提基础，所以本文将在下面对其进行详细说明。在下面的说明中，该参考文献被称为“参考文献3”。

该现有技术与上述现有技术的不同之处在于，其Q开关单元被截止，而且连续振荡状态在两个连续巨脉冲的发射时间之间的预定周期内一直保持，这样就防止了光能储存在激光介质当中。当经过此连续振荡周期之后，Q开关单元被导通，并且光能在一周期内被储存起来，直到Q开关的下一个截止周期开始为止；而且在激光振荡器与待被处理的目标之间的激光振荡器外部的激光脉冲的光路上配备了一个用于开启和关闭光路的光开关。

图4的框图用于说明如参考文献3中所述的激光输出设备的结构。

激光输出设备30配备有：计算机38、测量单元35、Q开关驱动器33，光开关驱动器34、激光振荡器31以及光开关单元32。计算机38为测量单元35提供I/O数据。I/O数据不仅包括用于使Q开关导通和关闭的时序数据(一个控制Q开关的脉冲的脉冲频率和脉冲宽度)，它还包括用于开启和关闭光开关单元32的时序数据(控制光开关的脉冲的脉冲频率和脉冲宽度)。测量单元35可根据I/O数据产生一Q开关控制脉冲和一光开关控制脉冲。Q开关驱动器33根据Q开关控制脉冲而实现对位于激光振荡器31的光谐振器11b内的Q开关单元11a的导通/截止控制。光开关驱动器34则根据光开关控制脉冲而执行对光开关单元32的导通/截止控制。

图5是测量单元35的结构框图，图6是根据参考文献3所述设备的操作的信号时序图。

测量单元35配备有测量比较/判断单元17和激光控制单元26。测量比较/判断单元17能够测量要被处理的目标的处理量、将这些测量值与目标值进行比较并且确定上述处理是否已经完成，当上述处理尚未完成时(当需要更多的激光脉冲照射时)，它将向激光控制单元26提供一个(逻辑1)脉冲信号表明这种情况(需要更多的激光照射)，作为判断的结果。

激光控制单元26配备有：解码器20，可编程分频电路21，参考时钟振荡器22，逻辑电路23，定时器电路24，以及可编程定时器电路25。

解码器20对来自计算机38的用于Q开关单元11a和光开关单元32的I/O数据进行解码，并将经解码的I/O数据提供给可编程分频电路21和可编程定时器电路25。

可编程分频电路21接收到由参考时钟振荡器22产生的参考时钟信号，根据I/O数据对参考时钟信号进行分频，并产生一个Q开关频率脉冲(图6(A))，然后将该Q开关频率脉冲提供给逻辑电路23。此时分频比可被修正为适当的值。

逻辑电路23接收到来自可编程分频电路31的Q开关频率脉冲，同时也接收到来自测量比较/判断单元17的判断结果，然后产生两个输入信号的AND(“与”)并将AND信号提供给定时器电路24和可编程定时器电路25。在需要对被处理的目标进行更多的激光脉冲照射的情况下，该AND信号变为与Q开关频率脉冲同步的脉冲信号。但是，当不需要对目标进行更多的激光脉冲照射时，逻辑电路23将没有信号输出。

根据逻辑电路23的输出信号，定时器电路24向光开关驱动器34提供一个光开关脉冲以作为激光发射命令信号，该脉冲中含有脉冲宽度为T4的一系列与Q开关频率脉冲同步的脉冲(图6(E))。

根据来自解码器20的各个信号，参考时钟振荡器22和逻辑电路23以及可编程定时器电路25将利用参考时钟信号作为时序信号，向Q开关驱动器33提供一个脉宽为T1的Q开关脉冲，上述脉宽T1由与逻辑电路23的输出信号相同步的经解码的I/O数据指定(图6(B))。在图6所示的例子中，Q开关脉冲的逻辑1的间隔T1对应于Q开关的导通间隔(即，激光振荡器的振荡暂停间隔)。因此，该间隔成为激励周期(或激发间隔)，在此周期内，光能在激光介质中累积起来。受激发射随着Q开关脉冲的下降而急剧产生，积累下来的能量被释放，并且发出一个巨脉冲(图6(C)和(D))。如果激励周期T1被加长，巨脉冲的峰值也会相应增加。因此，通过使Q开关脉冲变量的脉宽可变化就可改变巨脉冲的高度。

在Q开关脉冲的逻辑0的间隔内，保持连续振荡的状态，并且实现了与一振荡阈值电平相对应的持续低电平的振荡(图6(C)和(D))。这种维持振荡防止了光能在激光介质中累积至饱和值的情况，从而解决了现有技术中所存在的第一脉冲的问题。光开关单元32阻挡了这种持续振荡的激光，以使待被处理的目标不被照射。光开关单元32在其中发出一个与Q开关脉冲的下降相同步的巨脉冲的间隔T4中开启，然后再关闭以阻挡连续振荡的激光，直到下一个Q开关周期开始为止。

从图5所示的框图可以看出，参考文献3中所述设备的定时器电路24和可编程定时器25在接收到逻辑电路23的输出之后是完全独立操作的。两电路24和25随后通过单独与Q开关频率脉冲进行同步化而被“间接地”同步化。为了用更为具体的形式来说明这个过程，在图6中，Q开关脉冲的后沿被与Q开关频率脉冲的前沿t0同步，而且，如图6(E)所示，光开关脉冲的前沿被与Q开关频率脉冲的前沿t0同步，由此，Q开关脉冲的后沿(一个巨脉冲的发射开始时刻)与光开关脉冲的前沿(光开关导通的起始时刻)是同步的。但是，如果需要考虑使一光开关脉冲的上升沿与一Q开关脉冲的下降沿同步，则从控制的角度出发，本设备中的间接同步化处理就不能被认为是理想的。以下把这一点称为是参考文献3所述技术中的第一个问题。

为了在参考文献3所述的设备中实现间接同步化方法，Q开关脉冲的上升沿必须比Q开关频率脉冲的前沿t0精确地提前时间T1。为达到这个目的，Q开关脉冲必须在从紧接于与有关的Q开关脉冲相关的第二个Q开关脉冲之前的第一个Q开关频率脉冲测起的时刻T2之后上升(见图6B)。作为结果，第一个巨脉冲的发射被与第二个Q开关频率脉冲同步地实现。换句话说，在得到处理命令后，巨脉冲的第一次发射不与第一个Q开关频率脉冲同步执行，而是在延迟一个Q开关周期T3之后才被执行。以下把这一点称为是参考文献3所述技术中的第二个问题。

本发明的目的是提供一种激光处理设备，这种激光处理设备能够解决参考文献3中存在的上述问题，并可以利用简单的结构和稳定的控制来解决第一脉冲的问题，另外，它还能够自由地修改输出激光脉冲的峰值。

发明概述

为了解决上述问题，根据本发明所述的激光处理设备配备有：

激光振荡器，其含有带有Q开关单元的光谐振器，该Q开关单元的操作受到Q开关控制脉冲的控制，上述激光振荡器在当Q开关单元在Q开关控制脉冲的控制下被导通时振荡受到抑制，并且通过激励存储光能，而在当Q开关单元截止时执行正常的振荡；

光开关单元，其在光路控制脉冲的控制下通过或阻挡激光，上述光开关单元被置于激光振荡器与一目标之间的光路上，以利用从激光振荡器发出的激光脉冲进行激光处理；

计算机，用于提供I/O数据，此数据指定了：激光处理的起始时刻；在激光处理的起始时刻之后Q开关单元进行周期性操作的重复频率；以及Q开关被导通以指定一激励间隔的周期；

控制单元，用于产生：Q开关频率脉冲，它具有由I/O数据指定的重复频率；Q开关控制脉冲，它与Q开关频率脉冲的各个周期内的Q开关频率脉冲同步，此Q开关控制脉冲在被I/O数据指定作为激励间隔的周期内具有一第一逻辑电平，并且在其它周期内具有一第二逻辑电平，Q开关控制脉冲的第二逻辑电平使Q开关单元截止；以及与Q开关控制脉冲同步的光开关脉冲，其脉宽被指定作为激光发射的周期；

Q开关驱动器，其接收Q开关控制脉冲，以根据Q开关控制脉冲来控制Q开关单元；以及

光开关驱动器，其接收光开关脉冲以根据光开关脉冲来控制光开关单元。

此激光处理设备中的“用于产生与Q开关控制脉冲同步的光开关脉冲的控制单元”的结构保证了光开关脉冲与Q开关控制脉冲的直接同步。

通过使Q开关控制脉冲的后沿与光开关脉冲的前沿同步，就可具体实现光开关脉冲与Q开关控制脉冲的直接同步。

参考文献3所述技术的第一个问题由此得到解决。

另外，通过本发明所述控制单元的“产生在Q开关频率脉冲的各个周期中都与Q开关频率脉冲同步的Q开关控制脉冲”功能，从而使参考文献3的第二个问题也得到了解决。换句话说，在激光处理开始时刻之后，Q开关控制脉冲与Q开关频率脉冲在含有第一Q开关频率脉冲的“各个”Q开关频率脉冲的周期中都同步。

因此，在激光处理开始时刻之后，就会产生与初始的Q开关频率脉冲同步的初始Q开关控制脉冲。作为结果，在激光处理暂停周期之后，就会产生与第一Q开关频率脉冲同步的激光处理开始周期或第一脉冲。

通过“使Q开关控制脉冲的前沿与Q开关频率脉冲的后沿同步，并使Q开关控制脉冲的后沿与光开关脉冲的前沿同步”，就可实现控制单元的这个功能。也就是说，Q开关控制脉冲是随着Q开关频率脉冲的下降而同步上升的。因此，在与各Q开关频率脉冲下降精确地偏移Q开关控制脉冲宽度的时刻，就可产生一激光脉冲。

本发明的下述内容解决了第一脉冲的问题。

由本发明的控制单元产生的Q开关控制脉冲在被I/O数据指定作为激励间隔的周期内具有一第一逻辑电平，并且在其它周期内具有一第二逻辑电平。其它周期是指除被I/O数据指定作为激励期间的周期以外的周期。

由于处理开始周期之前或处理暂停期间的周期明显属于“其它周期”，所以在处理开始周期之前或处理暂停期间的周期内，Q开关控制脉冲变成第二逻辑电平。因此Q开关单元在这些周期内持续保持截止状态，进而使激光振荡器保持一种连续的振荡状态。按照这种方式，就可防止光能在处理开始周期之前或处理暂停期间在激光介质中累积起来。

作为结果，就可以防止第一脉冲具有高于其后的巨脉冲的峰值。

由于第一定时器电路所产生的Q开关控制脉冲的脉宽是可编程的，所以激励间隔内累积在激光介质中的光能也是可编程的。因此其产生的巨脉冲峰值也是可编程的。

通过在本发明的激光处理设备的控制单元中增加参考文献3中的测量比较/判断单元，并在本发明所述激光处理设备的激光控制单元中增加参考文献3中的逻辑电路，就可创造出一种将参考文献3所述设备和本发明所述激光处理设备的功能结合在一起的激光处理设备。

在本实施例中，根据本发明所述的激光处理设备的控制单元还含有一个测量比较/判断单元，它能够测量待被处理的目标的规定项，将这些测得的值与目标值进行比较，并确定是否需要进行更多的激光处理。

另外，本发明所述激光处理设备的激光控制单元配备有一个逻辑电路，它被置于可编程分频电路与第一定时器电路之间。该逻辑电路可接收Q开关频率脉冲以及测量比较/判断单元的判断结果。在测量比较/判断单元确定出需要有另外的激光处理的情况下，该逻辑电路会将Q开关频率脉冲发送给第一定时器，并且可在测量比较/判断单元确定出不需要更多激光处理的情况下阻止Q开关频率脉冲的发送。

通过利用上述结构，使本发明具有以下优点：

通过在处理开始周期之前或处理暂停期间的一个周期内使光谐振器处于一种连续振荡状态，就可将第一脉冲的峰值控制成位于第一脉冲之后的脉冲的一个电平。

提供一个能够对激励间隔进行可编程设定的电路，就可实现输出激光脉冲峰值的可编程设定。

Q开关控制脉冲前沿与Q开关频率脉冲后沿的同步、以及Q开关控制脉冲后沿与光开关脉冲前沿的同步使得巨脉冲发射时刻与光开关单元开启时刻能够实现稳定可靠的同步，并可以为各个Q开关频率脉冲产生具有设定峰值的单激光脉冲列。

提供能够对参考时钟信号进行可编程分频的电路就可实现对作为用于激光处理设备操作的参考时间的Q开关频率的可编程修改。作为结果，可以在T3＞T1+T4的范围内任意选择一个适用于正确处理半导体元件或电子元件的Q开关周期T3。

通过以下的文字说明并参考附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加清晰易懂，在附图中描绘出了多个本发明优选实施例的例子。

附图说明

图1是根据现有技术的一个典型例子所述的Q开关控制激光振荡器的主要部件框图。

图2的框图显示了图1所示控制单元2内的激光控制单元3的结构。

图3的时序图显示了图1所示设备中激光脉冲的发射时序。

图4的框图用于解释参考文献3中所述的激光处理设备的结构。

图5的框图显示了图4所示测量单元35的结构。

图6的信号时序图显示了参考文献3所述设备的操作。

图7的框图显示了本发明所述激光处理设备的第一实施例的结构。

图8的框图显示了第一实施例中激光控制单元的结构。

图9是一个信号时序图，该信号控制了第一实施例所述激光处理设备的各个部分。

图10的框图显示了本发明所述激光处理设备的第二实施例的结构。

优选实施例

接下来将参考附图对本发明的各个实施例进行说明。

图7的框图显示了本发明所述激光处理设备的第一实施例的结构。

本实施例的激光处理设备配备有：计算机1，控制单元2，Q开关驱动器4，光开关驱动器5，激光振荡器6以及光开关单元9。激光振荡器6含有光谐振器7，其振荡受到Q开关单元8的控制。Q开关单元8被包含入光谐振器7。

计算机1可向控制单元2提供I/O数据，该数据指定了Q开关单元8的操作模式和光开关单元9的操作模式。控制单元2含有激光控制单元3。激光控制单元3对I/O数据进行解码，并在I/O数据所指定的周期上产生一用于控制Q开关单元8的Q开关控制脉冲、还有用于控制光开关单元9的光开关脉冲。激光控制单元3分别向Q开关驱动器4和光开关驱动器5提供Q开关控制脉冲和光开关脉冲。Q开关驱动器4能够响应Q开关控制脉冲而执行对Q开关单元8的导通/截止控制。Q开关单元8能够在导通状态下降低光谐振器7的Q值，而且能够在截止状态下使光谐振器7的Q值恢复正常值。因此，Q开关单元8的导通状态对应于激光振荡器6的振荡抑制状态，其截止状态则对应于激光振荡器6的正常振荡状态。

光开关驱动器5可根据光开关脉冲执行对光开关单元9的开启/关闭控制。光开关单元9具有一闸门功能，它可响应光开关脉冲而通过或者阻挡激光。虽然在本实施例中光开关单元9被置于激光振荡器的外面，但也可将其安排在激光振荡器的内部。

接下来将参考图8对与激光控制单元3的结构有关的细节进行说明，在图8的框图中显示出了本实施例所述激光控制单元3的结构。

激光控制单元3配备有用于Q开关和光开关控制脉冲的解码器12，可编程分频电路13，可编程定时器电路14，参考时钟振荡器15以及定时器电路16。

解码器12对接收到的I/O数据进行解码，并将经解码的I/O数据发送给可编程分频电路13和可编程定时器电路14。

可编程分频电路13还接收来自参考时钟振荡器15的参考时钟信号，对此参考时钟信号进行分频，并产生一个具有解码的I/O数据所指定的频率的Q开关频率脉冲。可编程分频电路13将该Q开关频率脉冲发送给可编程定时器电路14。Q开关频率脉冲的周期为T3。

可编程定时器电路14接收来自参考时钟振荡器15的参考时钟信号、来自可编程分频电路13的Q开关频率脉冲，以及来自解码器12的解码I/O数据；利用此参考时钟信号作为时序信号(利用此参考时钟信号作为时序标准)，产生一个具有I/O数据所指定的脉宽#T1的Q开关控制脉冲，该Q开关控制脉冲的前沿与Q开关频率脉冲的后沿同步；并将生成的Q开关控制脉冲提供给Q开关驱动器4。#T1可根据I/O数据所指定的巨脉冲的峰值而相应改变。

定时器电路16接收参考时钟信号和Q开关控制脉冲；利用参考时钟信号作为时序信号，产生一个具有预定脉宽T4的光开关脉冲，该光开关信号的前沿与Q开关控制脉冲的后沿同步；并将生成的光开关脉冲提供给光开关驱动器5。

接下来，说明图7和图8所示电路的操作，用于激光发射的Q开关频率数据被首先设定在用于控制Q开关单元和光开关单元的解码器12之中。可编程分频电路13接着对来自参考时钟振荡器15的参考时钟信号进行分频，并根据解码的输出数据产生一个具有所需频率的Q开关频率脉冲。Q开关频率脉冲的周期为T3(参考下面说明的图9(A))。Q开关单元8和光开关单元9在此Q开关频率脉冲的周期上执行操作。

由于Q开关控制脉冲的前沿与Q开关频率脉冲的后沿同步(参考下面说明的图9(B))，所以在处理命令被发出之后，第一个Q开关控制脉冲可与第一个Q开关频率脉冲同步生成。这一点与先前所述的参考文献3中的设备形成了对比，在后者中，第一个Q开关控制脉冲与第二个Q开关频率脉冲同步。

本实施例中，Q开关控制脉冲的逻辑1使得Q开关单元8进入导通状态，后者随后使光谐振器7的振荡受到抑制，从而允许光能在激光介质中积聚。因此，在本实施例中，Q开关控制脉冲的脉宽周期(逻辑1的间隔)#T1是激发间隔或激励周期(参考下面说明的图9(B))。然后，Q开关单元8随着Q开关控制脉冲的下降而进入截止状态，进而使光振荡器7的振荡暂停被解除，并且积聚能量的受激发射立刻发生，即，发射一个巨脉冲。当Q开关单元8接收到下一个Q开关控制脉冲时，激光介质开始积聚下一次的光能。

通过光开关驱动器5对光开关单元9产生作用的光开关脉冲的前沿与Q开关控制脉冲的后沿同步(参考图9(E))。光开关单元9因此随着一巨脉冲的上升而被同步导通。由于光开关脉冲的脉宽为T4，所以光开关单元9只在间隔T4内处于导通状态，然后就截止，从而阻挡住即使已发射出的激光。

Q开关控制脉冲在除间隔#T1以外的其它间隔内，即，在间隔T3-#T1(参考图9(B))内处于逻辑0状态，Q开关单元8因此保持处于截止状态。此刻，在激光介质中，通过激励跃迁至粒子数反转状态的原子数与通过受激发射而远离粒子数反转状态的原子数处于平衡状态，从而保持了一个稳定、连续的振荡状态，但是这种连续振荡的激光却被处于截止状态的光开关9阻挡住。

在连续振荡状态下，间隔T3-#T1期间内保存于激光介质中的能量的密度极低。因此，巨脉冲的光能基本上等于在Q开关控制脉冲的脉宽#T1的间隔内积聚在激光介质之中的能量。所以，如果脉宽#T1是常数，则巨脉冲的高度也是常数。另外，脉宽#T1的可编程修改使得能够进行与巨脉冲相对应的峰值的可编程修改。

Q开关控制脉冲在处理命令被发出之前或暂停处理间隔期间的间隔内(即，在可编程分频电路13发出第一个Q开关频率脉冲之前)保持逻辑0状态。因此，激光振荡器6在这些间隔内处于一种连续振荡状态，从而使激光介质中不会积聚超过振荡阈值的能量密度。所以，在本发明所述的设备中，其中第一个脉冲具有高于随后的巨脉冲的峰值的第一脉冲问题得到了解决。

在本实施例中，可编程定时器电路14的输出被提供给定时器电路16，以用于使Q开关控制脉冲的后沿与光开关脉冲的前沿同步。

这种方法可以和参考文献3中所述设备的方法形成对比，在后者中，Q开关控制脉冲的后沿与光开关脉冲的前沿是通过使Q开关控制脉冲的后沿与一Q开关频率脉冲同步再使一光开关脉冲的前沿与该Q开关频率脉冲同步而被间接同步的。

本实施例的这种方法能够比参考文献3中的方法更加直接地实现同步，因此可以实现更加稳定的控制。

图9是一个信号时序图，该信号控制着本实施例所述激光处理设备的各个部分。

在激光处理的预备状态下，一个具有一可将光开关单元9置于阻挡状态的逻辑电平(本实施例中为逻辑0)的光开关脉冲被从激光控制单元3提供给光开关驱动器5。另外，一个将Q开关单元8置于截止状态的Q开关控制脉冲(逻辑0)被从激光控制单元3提供给Q开关驱动器4，激光振荡器6由此被置于一种弱的连续振荡状态之下。光开关单元9阻挡住此弱激光的输出使其不能达到外面。

当激光处理随后开始时，可编程分频电路13将根据来自计算机1并经解码器12解码的一个命令(I/O数据)而产生一个具有重复周期T3的Q开关脉冲列(图9(A))。此脉冲列用作Q开关频率脉冲。本发明中，Q开关频率脉冲是激光发射和脉冲控制操作时序的参考信号。

可编程定时器电路14产生一与该Q开关频率脉冲同步的Q开关控制脉冲。这种同步是通过使Q开关频率脉冲的后沿(本实施例中为下降沿)与Q开关控制脉冲的前沿(本实施例中为上升沿)同步而实现的。Q开关控制脉冲的脉宽(逻辑1的间隔)等于由解码的I/O数据所指定的时间#T1(图9(B))。

在本实施例中，Q开关控制脉冲的逻辑1将Q开关单元置于导通状态。激光振荡器6的振荡由此得到检查，而且光能在激光介质中的积聚随着Q开关控制脉冲的上升而同步开始，由此使激光介质中的能量密度被建立起来。能量密度会持续增大直至Q开关控制脉冲的后沿(本实施例中为下降沿)为止(图9(C))。Q开关单元8在Q开关控制脉冲的下降沿上变换至截止状态，作为结果，已积聚在激光介质中的能量被作为一个巨脉冲而立刻全部释放出去(图9(D))。利用计算机1发出的命令可将Q开关控制脉冲的周期T3和Q开关控制脉冲的脉宽#T1设定成任意值。

定时器电路16使光开关脉冲随着Q开关控制脉冲的下降而同步上升。在本实施例中，光开关脉冲的逻辑1作为光开关单元9的开启信号。定时器电路16由此产生光开关脉冲，该光开关脉冲的上升沿与Q开关控制脉冲的下降沿同步，并且具有一设定的脉宽T4(图9(E))。因此，光开关单元9只在与巨脉冲的发射相同步的设定间隔T4内被开启(图9(D)和(E))。

巨脉冲的峰值(更确切地说，是巨脉冲强度曲线的时间积分)基本上与Q开关控制脉冲的下降时刻(后沿)上激光介质中的能量密度成正比。在尚未达到饱和值时，激光介质中的能量密度基本上与Q开关控制脉冲#T1的脉宽成正比。因此，通过将时间#T1设定成常数，就可使所有穿过光开关单元9的巨脉冲(包括第一脉冲)的峰值变得均匀。另外，通过对激励时间#T1的可编程修改就可实现对巨脉冲峰值的可编程修改(图9(F))。

如上所述，激光介质发射出与激励时间#T1相对应的巨脉冲，并在Q开关控制脉冲下降时释放所存储的能量。在发射出一个巨脉冲之后，激光介质中的能量立刻急剧下降并且激光振荡停止，但是由于激励是连续发生的，所有光谐振器7内的能量密度会立刻上升，当达到激光的振荡阈值时，将发生一个连续的振荡，与巨脉冲相比，该振荡较弱(图9(C))。

当经过跟随在光开关脉冲上升之后的间隔T4之后，光开关单元9被关闭，这样就防止了被处理的目标进一步受到连续振荡所产生的激光的照射。

这种连续振荡一直持续，直到Q开关控制脉冲下一次上升(前沿)的时刻，因而使能量密度在此间隔T2内不会上升到或超过振荡阈值(图9(B))。因此使巨脉冲输出具有一与激励时间#T1相对应的均匀峰值，进而防止了激光处理开始后或暂停处理之后的第一脉冲比随后的巨脉冲具有异常高峰值的情况。

图10的框图显示了根据本发明的激光处理设备的第二个实施例的结构。

在根据本实施例所述的激光处理设备中，控制单元2还含有测量比较/判断单元(MCDU)17，而且激光控制单元3还配备有逻辑电路18，该逻辑电路18位于可编程分频电路13与可编程定时器电路14之间。测量比较/判断单元17对被处理的目标的预定项目进行测量，将测量结果与目标值进行比较，并确定是否需要另外的激光处理。逻辑电路18接收Q开关频率脉冲以及测量比较/判断单元17的判断结果，并在测量比较/判断单元17已确定出需要另外的激光处理的情况下，将Q开关频率脉冲发送给可编程定时器14。在测量比较/判断单元17已确定出不需要更多激光处理的情况下，逻辑电路18可阻止向可编程定时器电路14发送Q开关频率脉冲。

因此，在测量比较/判断单元17已确定出需要更多激光处理的情况下，设备的各个部分将根据图9中所示的Q开关控制脉冲和光开关脉冲并根据参考图9说明的过程进行操作。按照这种方式就产生了用于处理的巨脉冲。

在测量比较/判断单元17已经确定出不需要更多的激光处理的情况下，Q开关频率脉冲将不被发送给可编程定时器电路14。因此，Q开关控制脉冲不会在未被发射的Q开关频率脉冲所属的Q开关周期中产生。结果，该周期的光开关脉冲也不会被产生。这样，测量比较/判断单元17确定不需要更多激光处理的周期就变成了激光处理的暂停周期。

应该明白，虽然以上对本发明的特征和优点进行了说明，但这些说明只起到了说明性的作用，在由所附权利要求所确定的范围之内，可以改变上述各部分的结构。

Claims (6)

1.一种激光处理设备，其特征在于包括：

激光振荡器，其具有带有Q开关单元的光谐振器，该Q开关单元的操作受到Q开关控制脉冲的控制，上述激光振荡器在当Q开关单元在Q开关控制脉冲的控制下被导通时振荡受到抑制，并且通过激励存储光能，而当Q开关单元在Q开关控制脉冲的控制下截止时执行正常的振荡；

光开关单元，在光开关脉冲的控制下通过或阻挡激光，上述光开关单元被置于激光振荡器与一目标之间的光路上，以利用从上述激光振荡器发出的激光脉冲进行激光处理；

计算机，用于提供I/O数据，此I/O数据指定了：激光处理的起始时刻；在激光处理的起始时刻之后上述Q开关单元进行周期性操作的重复频率；以及上述Q开关被导通以指定一激励期间的周期；

控制单元，其产生：Q开关频率脉冲，具有由上述I/O数据指定的上述重复频率；Q开关控制脉冲，其与Q开关频率脉冲的各个周期内的Q开关频率脉冲同步，上述Q开关控制脉冲在被I/O数据指定作为激励期间的周期内具有第一逻辑电平，并且在其它周期内具有使上述Q开关单元截止的第二逻辑电平；以及与上述Q开关控制脉冲同步的光开关脉冲，其脉宽被指定作为激光发射的周期；

Q开关驱动器，接收上述Q开关控制脉冲，以根据上述Q开关控制脉冲来控制上述Q开关单元；以及

光开关驱动器，其接收上述光开关脉冲，以根据上述光开关脉冲来控制上述光开关单元。

2.如权利要求1所述的设备，其中上述控制单元含有激光控制单元，上述激光控制单元包括：

解码器，用于对上述计算机所提供的I/O数据进行解码；

参考时钟振荡器，用于产生参考时钟信号；

可编程分频电路，用于对上述参考时钟信号进行分频，以产生具有上述解码I/O数据所指定的重复频率的Q开关频率脉冲；

第一定时器电路，其接收Q开关频率脉冲，参考时钟信号以及经解码的I/O数据，以利用上述参考时钟信号作为时序信号，产生与上述Q开关频率脉冲同步的Q开关控制脉冲；以及

第二定时器电路，其接收上述第一定时器电路所提供的上述Q开关控制脉冲以及上述参考时钟信号，以利用上述参考时钟信号作为时序信号，产生与上述Q开关控制脉冲同步的光开关脉冲。

3.如权利要求2所述的设备，其中上述Q开关控制脉冲的前沿与Q开关频率脉冲的后沿同步，而Q开关控制脉冲的后沿与光开关脉冲的前沿同步。

4.如权利要求2所述的设备，其中由上述第一定时器电路所产生的Q开关控制脉冲的脉宽是可编程的。

5.如权利要求1所述的设备，其中上述Q开关控制脉冲在处理开始时刻之前或处理被暂停期间具有第二逻辑电平。

6.如权利要求2所述的设备，其中上述控制单元还含有一个测量比较/判断单元，其测量被处理的目标的预定项目，将这些测得的值与目标值进行比较，并确定是否需要进行更多的激光处理；而且

上述激光控制单元还配备有逻辑电路，其置于上述可编程分频电路与上述第一定时器电路之间，该逻辑电路接收上述Q开关频率脉冲以及上述测量比较/判断单元的判断结果；

在上述测量比较/判断单元确定出需要有更多激光处理的情况下，上述逻辑电路将上述Q开关频率脉冲传达给上述第一定时器，并且可在上述测量比较/判断单元确定不需要更多激光处理的情况下阻止Q开关频率脉冲送往第一定时器电路。

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