本發(fā)明涉及一種激光二極管泵浦的激光器及其應用系統(tǒng)。根據激光安全的相關規(guī)定，在激光器或激光器應用系統(tǒng)的使用中，一旦需將激光器安全鎖定，即緊急中止激光束期間，不但驅動常規(guī)的激光安全鎖定裝置中止激光束，也同時將泵浦激光二極管的驅動電流躍降到激光器工作所需的閾值電流之下，不僅使激光器使用更安全可靠，亦可節(jié)約能源并延長激光二極管的使用壽命。

技術背景

根據激光安全的相關規(guī)定，目前大量得到使用的激光二極管泵浦的激光器，包括如Nd:YAG、Yb:YAG、Nd:YVO等固體激光器和Yb、Nd及Ho等各種摻雜的光纖激光器，都必須配備有激光安全鎖定裝置。在激光器使用操作之中，遇到任何下列之一的情況下，必須依靠連鎖裝置，自動的啟動激光安全鎖定裝置，中止激光束的發(fā)射：

1，有未佩戴安全防護用品的人員進出相應規(guī)定的工作區(qū)域時；

2，因更換激光加工工件，或維修檢查激光應用系統(tǒng)中其它設備環(huán)節(jié)，把激光加工機的機罩打開時；

3，其他需要緊急中止激光的情況。

常見的激光安全鎖定裝置是一種插人激光器諧振腔內光路中的機械“快門”。一旦機械“快門”閉鎖，激光器諧振腔內光路被阻斷，使激光器中止發(fā)射激光。機械“快門”也可以插人激光器諧振腔外光路中，在激光器之外將激光束阻斷于安全的范圍內。

這種“安全鎖定”的方法可以增加激光應用時的安全性。但是在中止激光發(fā)射或阻斷激光束的同時，激光器本身仍處在原負荷的工作狀態(tài)。從消耗及壽命角度而言是一種浪費。同時對于難于從激光諧振腔內部中止激光工作的器體，如一些光纖激光器，強行從激光器外部阻斷激光束，尤其是強功率激光束時，安全隱患仍然存在，激光束阻斷裝置會發(fā)熱或被強功 率激光束損壞。

因此，研究開發(fā)新型的激光器安全鎖定裝置，不但能保證和加強激光器或激光器應用系統(tǒng)工作時的安全性，也可以改進激光器工作的效率和壽命，避免強激光情況下激光器安全鎖定裝置的過熱或破壞風險，從技術和應用角度上來講，都是非常有意義的。

技術實現要素：

作為對上述現有常規(guī)技術的一種改進，本發(fā)明提供了一種激光二極管泵浦的激光器的新設計，特別是相關于激光器安全鎖定方面的新設計。其特點是無論在什么情況下，諸如有未佩戴相關激光防護用品的人員進入劃定的激光工作安全控制區(qū)時，或是對相關激光器或激光應用設備部件進行檢查而打開相關防護罩時，或是諸如在激光加工設備中更換加工工件而打開相關機罩時，或其他需緊急中止激光束對，在激光器的安全鎖定自動啟動而中止激光器發(fā)射激光或阻斷激光光束的同時，泵浦激光二極管的驅動電路將驅動電流由正常工作值自動的快速的躍降至某一個低的數值。而一旦上述情況全部解除，激光器安全鎖定自動解除時，泵浦激光二極管的驅動電路同時將驅動電流由該低的數值快速的躍升回復到原來的正常工作值。

該低值電流的選定原則為：

(1)低于固體激光器或者光纖激光器發(fā)射激光所需之泵浦二極管的泵浦閾值電流。故相應的固體激光器或光纖激光器在即使安全鎖定機械裝置處于“開通”狀態(tài)下亦無激光束能量發(fā)射。因此不但進一步加強了安全鎖定的可靠性，同時也顯著降低了對安全鎖定裝置的工作負荷，避免其發(fā)熱及損壞的風險。同時又降低整個激光器的功耗水平，并延長泵浦二極管的工作壽命；

(2)明顯的高于零值，即有效維持泵浦二極管和整個激光器處于所需的“熱”狀態(tài)。從而當安全鎖定一旦介除，整個激光器可快速進入到正常工作所需的熱平衡狀態(tài)，保證正常工作所需的各項激光參數指標。

上述泵浦激光二極管的驅動電流的躍降和躍升的時間的選定原則為：

(1)不長于激光安全快門本身的動作時間；

(2)不過分的快，以避免過高的技術難度，及對泵浦二極管的過分電流沖擊，

通過實驗，一般這個泵浦激光二極管的驅動電流的躍降和躍升時間選定在0.01至1毫秒的范圍內。

附圖說明

圖1是一種激光二極管泵浦的固體激光器示意圖

圖2是一種激光二極管泵浦的光纖激光器示意圖

圖3是常規(guī)激光器工作時安全鎖定，二極管泵浦驅動電流和激光束輸出示意圖

圖4是本發(fā)明激光器工作時安全鎖定，二極管泵浦驅動電流和激光束輸出示意圖

具體實施方式

圖1為一種激光二極管泵浦的固體激光器的示意圖。其中11為激光諧振腔的全反射鏡，14為激光諧振腔的輸出鏡，12為聲光Q開關，13為固體激光器激光工作介質棒，如Nd:YAG、Yb:YVO晶體等，15為單個或多個固體激光器的泵浦激光二極管或激光二極管組件，16為泵浦激光二極管發(fā)出的泵浦光，17為激光器安全鎖定機械快門驅動機構，18為安全鎖定機械快門擋光臂，一般情況下將17和18合稱為安全鎖定機械快門。圖1中20為激光二極管驅動電路、聲光Q開關驅動電路及安全鎖定機械快門的驅動電源，19代表對單個或多個泵浦激光二極管或激光二極管組件15的驅動電流輸出，24代表對安全鎖定機械快門的驅動電壓輸出，25代表聲光Q開關的驅動電壓。圖1中21為激光器的安全鎖定回路，22及23代表安全鎖定回路21中接入的安全鎖定開關或傳感器。驅動電源20的設計保證了只有當22及23都處于閉合狀態(tài)時，即安全鎖定回路21處于完全閉合狀態(tài)時，由驅動電源20輸出的對安全鎖定機械快門的驅動電壓24，會保證通過激光器安全鎖定機械快門驅動機構17，令安全鎖定機械快門擋光臂18移出激光諧振腔的光路，容許激光器可以安全工作，輸出激光束28。安全鎖定開關或傳感器22及23可以分別是安裝在指定激光安全工作區(qū)安全門上的和激光系統(tǒng)機罩門上的連鎖開關，，其具體數量可由具體情況決定。當安全門和激光系統(tǒng)機罩門安全閉合時，相應的安全鎖定開關或傳感器22及23閉合。在激光器正常工作中，一旦安全門和激光系統(tǒng)機罩門中任何一個被打開，安全鎖定回路21立即斷開，驅動電源20通過其驅動電壓24，控制激光器安全鎖定機械快門驅動機構17令安全鎖定機械快門擋光臂18立即移入激光諧振腔的光路，安全阻斷激光器的工作。需要強調的是，在此情況下，激光器的其他部分仍都處于“正?！钡墓ぷ鳡顟B(tài)，特別是激光器的泵浦激光二極管15仍處于正常工作電流的滿 負荷狀態(tài)。相關情況可以通過圖3來進一步說明。

圖3是常規(guī)激光器工作時安全鎖定，二極管泵浦驅動電流和激光束輸出示意圖。

圖3(A)中，Vs表示了驅動電源20輸出的對安全鎖定機械快門的驅動電壓24，圖3(B)中，I_d表示了驅動泵浦激光二極管的驅動電流19。其中I_w表示了泵浦激光二極管的正常工作電流，I_T表示了激光器在其工作閾值時對應的泵浦激光二極管的工作電流值。圖3(C)中，P表示了激光器輸出的激光束功率。圖3(A)(B)和(C)顯示了在激光器正常工作情況下，一旦在時刻t₁安全鎖定裝置被起動，激光束28的發(fā)射被中止，而在時刻t₂.安全鎖定裝置的鎖定被解除，激光束28的發(fā)射恢復。安全鎖定裝置時刻t₃再次被起動，到時刻t₄解除，激光束28的發(fā)射相應的在時刻t₃到時刻t₄間被中止。而在此期間，泵浦激光二極管的工作電流19，即I_d，一直保持為恒定的I_w不變。

圖2為一種典型的激光二極管泵浦的連續(xù)光纖激光器的示意圖。其中31為激光工作光纖，其本身的兩個端面直接分別作為激光諧振腔的全反射端及激光諧振腔的輸出端工作。圖中32及33為二極管泵浦光纖，它們的一端與泵浦激光二極管34、36對準，接收泵浦光35及37，另一端與激光工作光纖31特別燒融連接，使接收的泵浦光對激光光纖進行泵浦。圖中39為處于激光器輸出光束光路上的安全鎖定機械快門驅動機構38的光束阻擋臂；48為激光器在安全鎖定快門后發(fā)射輸出的激光束。從工作控制方面來講，該激光器與圖1所示激光器相比，除了沒有了聲光Q開關及其驅動電路外，是相同的，故圖中從略未再示出相關驅動電源及安全鎖定回路等。而且，圖2激光器的安全鎖定回路及激光器的工作情況和圖1所示激光器情況也類似，在此也不再重復。要強調的一點是，對于圖2所示激光器，由于其結構特點，安全鎖定機構的光束阻擋臂38不能插入到激光諧振腔中，而只能安置于激光諧振腔外部的激光光路上。因此對于常規(guī)的激光安全鎖定技術而言，在激光器正常工作時，一旦安全鎖定38，39被啟動，安全鎖定機構的光束阻擋臂39被立即驅動插入到激光諧振腔外部的激光光路上。此時它只是將激光束阻斷于局限的區(qū)域，而非將激光束本身的發(fā)射中止。如果激光束的功率比較高，可以引起安全鎖定機構的光束阻擋臂39過熱或破壞等問題。

由上述介紹可見，常規(guī)的激光器“安全鎖定”的方法和技術可以提供激光應用時的安全性。但是在中止激光發(fā)射或阻斷激光束的同時，激光器本身仍處在原負荷的工作狀態(tài)。從消耗及壽命角度而言是一種浪費。同時對于難于從激光諧振腔內部中止激光束發(fā)射的器體，如一些光纖激光器，強行從激光器外部阻斷激光束，尤其是強功率激光束時，仍然存在激光束 阻斷裝置會發(fā)熱或被強功率激光束損壞的安全隱患。

作為對上述現有常規(guī)技術的一種改進，本發(fā)明提供了一種激光二極管泵浦的激光器的新設計，特別是相關于激光器安全鎖定方面的新設計。其特點是無論在什么情況下，諸如有未佩戴相關激光防護用品的人員進入劃定的激光工作安全控制區(qū)時，或是對相關激光器或激光應用設備部件進行檢查而打開相關防護罩時，或是諸如在激光加工設備中更換加工工件而打開相關機罩時，或其他需緊急中止激光束的情況下，激光器的安全鎖定自動啟動而中止激光器發(fā)射激光或阻斷激光光束，泵浦激光二極管的驅動電路將立即同時將驅動電流由正常工作值自動的快速的躍降至某一個低的數值。而一旦上述情況全部解除，激光器安全鎖定自動解除時，泵浦激光二極管的驅動電路同時將驅動電流由該低的數值快速的躍升回復到原來的正常工作值。圖4是本發(fā)明激光器工作時安全鎖定，二極管泵浦驅動電流和激光束輸出示意圖。圖4(A)中，Vs表示了相應于圖1中驅動電源20輸出的對安全鎖定機械快門的驅動電壓24，圖4(B)中，I_d表示了驅動泵浦激光二極管的驅動電流19。其中I_w表示了泵浦激光二極管的正常工作電流，I_T表示了激光器在其工作閾值時對應的泵浦激光二極管的工作電流值。與常規(guī)激光器安全鎖定技術不同的是，在本發(fā)明中，一旦在時刻t₁安全鎖定裝置被啟動，泵浦激光二極管的驅動電流不再是原來恒定的I_w，而是在同時被控制在一個時間間隔Δt_f內，從I_w躍降為一個預定的低于激光器工作閾值泵浦電流I_T的電流值I_L，激光束28的發(fā)射被中止。而當在時刻t_2.安全鎖定裝置的鎖定被解除時，泵浦激光二極管的驅動電流同時從I_L被控制在一個時間間隔Δt_r內，躍升恢復至原來的正常工作值I_w，激光束28的發(fā)射恢復。安全鎖定裝置在時刻t₃再次被啟動，到時刻t₄解除，泵浦激光二極管的驅動電流重復上述的從I_w躍降至I_L，再從I_L躍升恢復至I_w的過程，激光束28的發(fā)射相應的在時刻t₃到時刻t₄間被中止。圖4(C)中，P表示了激光器輸出的激光束功率。在安全鎖定期間，即時刻t₁到時刻t₂期間，和時刻t₃到時刻t₄期間，激光器輸出的激光束被中止或阻斷。

上述預定的低于激光器工作閾值泵浦電流I_T的電流值I_L的選定原則為：

(1)低于固體激光器或者光纖激光器發(fā)射激光所需之泵浦二極管的泵浦閾值電流I_T。故相應的固體激光器或光纖激光器在即使安全鎖定機械裝置處于“開通”狀態(tài)下亦無激光束能 量發(fā)射。因此不但進一步加強了激光安全鎖定的可靠性，同時也顯著降低了對安全鎖定裝置的工作負荷，避免其發(fā)熱及損壞的風險。同時又降低整個激光器的功耗水平，并延長泵浦二極管的工作壽命；

(2)明顯的高于零值，即有效維持泵浦二極管和整個激光器處于所需的“熱”狀態(tài)。從而當安全鎖定一旦介除，整個激光器可快速恢復到正常工作所需的熱平衡狀態(tài)，保證正常工作所需的各項激光參數指標。

具體選定時，應根據具體激光器的起動熱恢復時間快慢及激光器應用對激光參數指標要求來平衡衡量。如具體激光器的起動熱恢復時間慢及激光器應用對激光參數指標要求高，那么I_L應低于但比較接近固體激光器或者光纖激光器發(fā)射激光所需之泵浦二極管的泵浦閾值電流I_T。反之，I_L可以選定為更低的值。

上述泵浦激光二極管的驅動電流的躍降和躍升的時間Δt_f和Δt_人的選定原則為：

(1)不長于激光安全鎖定快門本身的動作時間。對于機械結構的安全鎖定快門而言，其動作時間一般在微秒到毫秒的量級；

(2)不過分的快，以避免技術上實現的難度過高，及對泵浦二極管的過分電流沖擊。

通過實驗及分析，一般這個泵浦激光二極管的驅動電流的躍降和躍升時間選定在0.01至1毫秒的范圍內。