一種自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法及激光器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法及激光器，其中，所述方法包括：在本振激光器正常出光時(shí)，測(cè)量本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的延遲時(shí)間，得到標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間；在本振激光器于一般工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間；當(dāng)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間低于標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，減小本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間延后；當(dāng)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間高于標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，增大本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間提前。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法及激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體激光領(lǐng)域，尤指一種自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法及激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]本振和功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu)是獲得高能激光輸出的一個(gè)常用方法，本振決定最終輸出光束的光束質(zhì)量和頻譜特性，放大級(jí)則決定輸出光束的功率或能量。對(duì)于MOPA結(jié)構(gòu)的激光器而言，高穩(wěn)定性高質(zhì)量本振的設(shè)計(jì)是成功的關(guān)鍵。能量或平均功率越高，對(duì)本振的要求就越高，空間分布要均勻(單橫模)，頻譜特性則要求是單縱模。縱模選擇大致有三方面的技術(shù):一、腔內(nèi)傾斜標(biāo)準(zhǔn)具或諧振反射器；二、改變特定的諧振腔參數(shù)增強(qiáng)腔內(nèi)模式選擇能力，如縮短腔長(zhǎng)，去除空間燒孔效應(yīng)和增長(zhǎng)Q開(kāi)關(guān)脈沖建立時(shí)間等；三、注入種子。其中具有增強(qiáng)腔內(nèi)縱模選擇能力的飽和吸收體結(jié)合諧振反射器是獲得Q開(kāi)關(guān)(激光脈寬為ns級(jí))單縱模脈沖激光輸出的一種簡(jiǎn)便的方法。
[0003]但是，飽和吸收體調(diào)Q正常的工作電流范圍比較窄，工作電流達(dá)不到閾值電流(飽和吸收體剛剛能出光時(shí)的電流)不出光，工作電流超過(guò)閾值電流太多則會(huì)出現(xiàn)多脈沖，并且環(huán)境因素對(duì)閾值電流影響較大，工作電流需要不時(shí)根據(jù)閾值電流的變化而調(diào)整，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性變差；另外飽和吸收體調(diào)Q時(shí)激光脈沖之間的能量、激光輸出與系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘之間的延遲時(shí)間也有比較大的跳動(dòng)(特別在環(huán)境溫度有比較大的變化時(shí))，作為本振激光器使用時(shí)無(wú)法與放大級(jí)達(dá)到最佳的匹配時(shí)間，不利于放大能量的提取，也會(huì)造成激光系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在MOPA系統(tǒng)中，通常本振脈沖和放大級(jí)放電脈沖要匹配才能得到最佳的輸出結(jié)果；系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖可以精確控制放大級(jí)放電脈沖時(shí)間，而本振脈沖的出光時(shí)間則包括脈沖建立時(shí)間，是由諧振腔參數(shù)、飽和吸收體參數(shù)、本振泵浦電流和環(huán)境因素等共同決定的，系統(tǒng)無(wú)法精確控制。
[0005]本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)一種利用光反饋信號(hào)自動(dòng)控制飽和吸收體調(diào)Q單縱模激光器，采用反饋發(fā)控制本震脈沖的出光時(shí)間，并與放大機(jī)放電脈沖時(shí)間匹配，可以穩(wěn)定每個(gè)脈沖輸出能量及脈沖輸出時(shí)間，以滿足MOPA放大系統(tǒng)本振激光器的要求。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法，所述方法包括:在本振激光器正常出光時(shí)，測(cè)量本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的延遲時(shí)間，得到標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間；在所述本振激光器于一般工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述本振脈沖與所述系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間；當(dāng)所述本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間低于所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，減小本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間延后；當(dāng)所述本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間高于所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，增大本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間提前。[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的激光器，包括:本振激光器及本振脈沖控制裝置；其中，所述本振脈沖控制裝置連接所述本振激光器，包括:充電電路、控制電路及光電二極管；所述充電電路及控制電路連接所述本振激光器，所述光電二極管連接控制電路；其中，所述充電電路用于為所述本振激光器進(jìn)行恒流充電；所述光電二極管，用于監(jiān)測(cè)所述本振激光器的漏光，在所述本振激光器正常出光時(shí)，測(cè)量本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的延遲時(shí)間，得到標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，并發(fā)送至所述控制電路；所述光電二極管，還用于在所述本振激光器于一般工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述本振脈沖與所述系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間，并發(fā)送至所述控制電路；所述控制電路，用于存儲(chǔ)所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，還用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)延遲時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間的關(guān)系，控制所述本振激光器的本振泵浦電流，調(diào)節(jié)所述本振脈沖出光時(shí)間。當(dāng)所述本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間低于所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，減小本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間延后；當(dāng)所述本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間高于所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，增大本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間提前。
[0008]本發(fā)明的自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法及激光器，利用光電二極管實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖的延遲時(shí)間，通過(guò)調(diào)節(jié)本振泵浦電流并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)本振脈沖出光時(shí)間，使得本振脈沖的出光時(shí)間穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，達(dá)到了本振脈沖之間的能量穩(wěn)定，并可自動(dòng)補(bǔ)償外界環(huán)境變化或本振泵浦源性能變化造成的工作電流變化，保證了系統(tǒng)正常工作及工作穩(wěn)定性；并且保證了工作過(guò)程中本振脈沖與放大級(jí)放電脈沖之間的穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的可靠性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0010]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法流程圖。
[0011]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的本振脈沖輸出示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的激光器結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0013]以下配合圖式及本發(fā)明的較佳實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段。
[0014]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法流程圖。如圖1所示，所述方法包括:
[0015]步驟S101，在本振激光器正常出光時(shí)，測(cè)量本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的延遲時(shí)間，得到標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間；
[0016]步驟S102，在本振激光器于一般工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間；
[0017]步驟S103a，當(dāng)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間低于標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，減小本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間延后；
[0018]步驟S103b，當(dāng)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間高于標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，增大本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間提前。
[0019]在本實(shí)施例中，所述方法還包括:
[0020]步驟S1011，在本振激光器正常出光時(shí)，系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，精確控制放大級(jí)放電脈沖與本振脈沖匹配。
[0021]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的本振脈沖輸出示意圖。如圖2所示，在MOPA系統(tǒng)中，通常本振脈沖10和放大級(jí)放電脈沖30要匹配才能得到最佳的輸出結(jié)果；系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖20可以精確控制放大級(jí)放電脈沖30時(shí)間，而本振脈沖10的出光時(shí)間則包括脈沖建立時(shí)間，是由諧振腔參數(shù)、飽和吸收體參數(shù)、本振泵浦電流和環(huán)境因素等共同決定的，系統(tǒng)無(wú)法精確控制。在本發(fā)明實(shí)施例中，采用反饋發(fā)控制本震脈沖的出光時(shí)間，并與放大機(jī)放電脈沖時(shí)間匹配。
[0022]首先，如步驟SlOl所述，測(cè)量本振激光器正常出光下的本振脈沖10與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖20之間的延遲時(shí)間，作為標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間t0。
[0023]接下來(lái)，如步驟SlOll所述，在本振激光器正常出光時(shí)，系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖20精確控制放大級(jí)放電脈沖10，使放大級(jí)放電脈沖30與本振脈沖10匹配。
[0024]如步驟S102所述，在本振激光器一般的工作狀態(tài)時(shí)，利用光電二極管實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一般本振脈沖10’與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖20的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間tl，并與標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間to作比較；
[0025]執(zhí)行步驟S103a，如圖中所示，當(dāng)一般本振脈沖10’與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖20之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間tl低于標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，則通過(guò)減小本振泵浦電流調(diào)節(jié)本振脈沖出光時(shí)間延后，使得本振脈沖的出光時(shí)間穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間to，使得本振脈沖之間的能量穩(wěn)定，可自動(dòng)補(bǔ)償外界環(huán)境變化或本振泵浦源性能變化造成的工作電流變化，保證了系統(tǒng)正常工作及工作穩(wěn)定性；并且保證了工作過(guò)程中本振脈沖與放大級(jí)放電脈沖之間的穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0026]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的激光器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，所述激光器包括:本振激光器I及本振脈沖控制裝置2 ;其中，
[0027]本振脈沖控制裝置2連接本振激光器I，包括:充電電路3、控制電路4及光電二極管5 ;充電電路3及控制電路4連接本振激光器1，光電二極管5連接控制電路4 ;其中，
[0028]充電電路3用于為本振激光器I進(jìn)行恒流充電；
[0029]光電二極管5，用于監(jiān)測(cè)本振激光器I的漏光，在本振激光器I正常出光時(shí)，測(cè)量本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的延遲時(shí)間，得到標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，發(fā)送至控制電路4 ；
[0030]光電二極管5,還用于在本振激光器I于一般工作狀態(tài)時(shí),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間，并發(fā)送至控制電路4 ；
[0031]控制電路4，用于存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，還用于根據(jù)實(shí)時(shí)延遲時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間的關(guān)系，控制本振激光器I的本振泵浦電流，調(diào)節(jié)本振脈沖出光時(shí)間。
[0032]當(dāng)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間低于標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，減小本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間延后；
[0033]當(dāng)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間高于標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，增大本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間提前。
[0034]在本實(shí)施例中，在本振激光器正常出光時(shí)，系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，精確控制放大級(jí)放電脈沖與本振脈沖匹配。[0035]在本實(shí)施例中，本振激光器I是一 YAG激光器，其中包括了輸出鏡11、激光晶體
12、LD陣列13、飽和體Q開(kāi)關(guān)14、全反鏡15 ;在全反鏡15處設(shè)置有光電二極管5 ；
[0036]充電電路3包括DC/DC變換器31，恒流充電電路32、儲(chǔ)能電容33 ;其中，
[0037]DC/DC變換器31可將輸出過(guò)來(lái)的低壓直流電變換成可變的直流電。
[0038]恒流充電電路32用于對(duì)本振激光器I進(jìn)行恒流充電。
[0039]控制電路4包括保護(hù)電路41、反饋控制電路42、功率輸出電路43、金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管44、電阻45 ;其中，
[0040]保護(hù)電路41用于防止控制電路中不穩(wěn)定因素影響電路效果。
[0041]反饋控制電路42用于接收光電二極管5反饋的出光時(shí)間信息，并根據(jù)出光時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間的差別控制功率輸出電路43 ；
[0042]功率輸出電路43用于調(diào)節(jié)泵浦電流，以改變本振激光器I的出光時(shí)間。采用上述方式可以將延遲時(shí)間控制在I μ s (均方根值)以?xún)?nèi)，另外還可以在溫度變化或光電二極管5性能變化導(dǎo)致閾值提高時(shí)自動(dòng)控制泵浦電流。
[0043]本發(fā)明的自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法及激光器，利用光電二極管實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖的延遲時(shí)間，通過(guò)調(diào)節(jié)本振泵浦電流并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)本振脈沖出光時(shí)間，使得本振脈沖的出光時(shí)間穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，達(dá)到了本振脈沖之間的能量穩(wěn)定，并可自動(dòng)補(bǔ)償外界環(huán)境變化或本振泵浦源性能變化造成的工作電流變化，保證了系統(tǒng)正常工作及工作穩(wěn)定性；并且保證了工作過(guò)程中本振脈沖與放大級(jí)放電脈沖之間的穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0044]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法，其特征在于，所述方法包括: 在本振激光器正常出光時(shí)，測(cè)量本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的延遲時(shí)間，得到標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間； 在所述本振激光器于一般工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述本振脈沖與所述系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間； 當(dāng)所述本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間低于所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，減小本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間延后； 當(dāng)所述本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間高于所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，增大本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間提前。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在本振激光器正常出光時(shí)，所述系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖精確控制放大級(jí)放電脈沖，使所述放大級(jí)放電脈沖與所述本振脈沖匹配。
3.一種自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的激光器，其特征在于，包括:本振激光器及本振脈沖控制裝置；其中， 所述本振脈沖控制裝置連接所述本振激光器，包括:充電電路、控制電路及光電二極管；所述充電電路及控制電路連接所述本振激光器，所述光電二極管連接控制電路；其中， 所述充電電路用于為所述本振激光器進(jìn)行恒流充電； 所述光電二極管，用于監(jiān)測(cè)所述本振激光器的漏光，在所述本振激光器正常出光時(shí)，測(cè)量本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的延遲時(shí)間，得到標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，并發(fā)送至所述控制電路； 所述光電二極管，還用于在所述本振激光器于一般工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述本振脈沖與所述系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間，并發(fā)送至所述控制電路； 所述控制電路，用于存儲(chǔ)所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間，還用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)延遲時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間的關(guān)系，控制所述本振激光器的本振泵浦電流，調(diào)節(jié)所述本振脈沖出光時(shí)間； 當(dāng)所述本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間低于所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，減小本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間延后； 當(dāng)所述本振脈沖與系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖之間的實(shí)時(shí)延遲時(shí)間高于所述標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間時(shí)，增大本振泵浦電流，使本振脈沖出光時(shí)間提前。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)控制本振脈沖輸出時(shí)間的激光器，其特征在于，在本振激光器正常出光時(shí)，所述系統(tǒng)基準(zhǔn)脈沖精確控制放大級(jí)放電脈沖，使所述放大級(jí)放電脈沖與所述本振脈沖匹配。
【文檔編號(hào)】H01S3/13GK103730829SQ201410003362
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】胡文華, 任士龍, 張亦卓 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所