專利名稱：提高脈沖調(diào)q激光器輸出光束穩(wěn)定性的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖調(diào)Q激光器，尤其是一種提高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性 的裝置和方法。
背景技術(shù)：
固體激光器工作過(guò)程中，激光棒的熱沉積是在所難免的。溫度的不均勻分布勢(shì)
必會(huì)導(dǎo)致激光棒內(nèi)折射率的不均勻，出現(xiàn)熱透鏡效應(yīng)。泵浦源以不同頻率工作，激
光棒會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱透鏡效應(yīng)，引起熱透鏡焦距的動(dòng)態(tài)變化，從而影響諧振腔
的穩(wěn)定性和激光輸出的穩(wěn)定性。另一方面，基頻光束通過(guò)倍頻晶體實(shí)現(xiàn)變頻的同時(shí)，
也必然會(huì)引起此倍頻晶體通光方向上的局域溫升，溫升使得這一區(qū)域內(nèi)的晶體折射
率發(fā)生改變，產(chǎn)生倍頻晶體的熱透鏡效應(yīng)。不同頻率的基頻光通過(guò)倍頻晶體時(shí)，也
會(huì)引起熱透鏡焦距的變化。所以當(dāng)激光器輸出倍頻光時(shí)，由于激光棒和倍頻晶體的
熱透鏡效應(yīng)，這種不穩(wěn)定性就會(huì)表現(xiàn)的尤為明顯，甚至?xí)淖兗す獾妮敵瞿Ｊ?。盡
管激光器設(shè)計(jì)者提出了一系列的方法，如選擇合適的腔結(jié)構(gòu)參數(shù)，注入種子脈沖，
冷卻工作介質(zhì)和倍頻晶體等等，使激光器在一定的熱透鏡動(dòng)態(tài)范圍能夠穩(wěn)定輸出，
但是設(shè)計(jì)者不可能考慮到每一個(gè)使用者的使用需求，脈沖調(diào)Q激光器輸出光束的不穩(wěn)
定依然困擾著激光器使用者。
調(diào)Q技術(shù)的關(guān)鍵之一是精確控制Q開關(guān)的延時(shí)時(shí)間，從泵浦開始點(diǎn)燃時(shí)刻延時(shí)
一段時(shí)間，當(dāng)工作物質(zhì)的上能級(jí)反轉(zhuǎn)的粒子數(shù)達(dá)到最大時(shí)，立即打開開關(guān)的效果最
好。所以在激光器的使用說(shuō)明中通常都會(huì)說(shuō)明當(dāng)輸入多大頻率的泵浦信號(hào)和調(diào)Q信
號(hào)以及調(diào)Q信號(hào)相對(duì)于泵浦信號(hào)延時(shí)多長(zhǎng)時(shí)間，激光器才會(huì)達(dá)到最佳的穩(wěn)定工作狀
態(tài)。大部分激光器操作者雖然是在泵浦開始工作后的最佳時(shí)刻打開Q開關(guān)，但由于
實(shí)際使用的需要，激光器的出光頻率通常不固定，使用者大部分都是在需要激光脈
沖的時(shí)刻，才控制激光器的泵浦源和Q開關(guān)工作一次或者幾次。這使得使用者最關(guān)
心的激光模式、能量大小和光斑大小常常得不到保障，嚴(yán)重影響整個(gè)工作系統(tǒng)的性
能。所以如何合理的結(jié)合激光器自身的性能參數(shù)，使激光器既能按照最佳的狀態(tài)工
作，又能滿足使用者的系統(tǒng)要求， 一直是激光器使用者比較關(guān)心的話題
發(fā)明內(nèi)容
為了克服脈沖調(diào)Q激光器使用過(guò)程中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種提高脈沖 調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性的裝置和方法。該裝置與方法簡(jiǎn)單易行，可大幅度地提
高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是
一種提高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性的方法，是將一快門串聯(lián)在脈沖調(diào)Q 激光器和工作系統(tǒng)之間的光路中，使所述的脈沖調(diào)Q激光器以恒定的頻率出光，通
過(guò)計(jì)算機(jī)控制所述的機(jī)械快門的工作，以達(dá)到對(duì)所述的工作系統(tǒng)隨時(shí)根據(jù)需要輸出
穩(wěn)定的調(diào)Q激光脈沖。
本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下
一種提高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性的裝置，其特點(diǎn)在于該裝置由快門、
快門驅(qū)動(dòng)器、計(jì)算機(jī)、多功能數(shù)據(jù)采集卡和接線盒組成，所述的快門設(shè)置在由所述
的脈沖調(diào)Q激光器到工作系統(tǒng)的光路上，所述的多功能數(shù)據(jù)采集卡插在計(jì)算機(jī)的PCI
插槽上，該多功能數(shù)據(jù)采集卡的接線盒有三個(gè)輸出端口第一脈沖輸出端口、第二
脈沖輸出端口和數(shù)字輸入/輸出端口，所述的第一脈沖輸出端口與所述脈沖調(diào)Q激 光器的泵浦觸發(fā)信號(hào)輸入端相連，所述的第二脈沖輸出端口與脈沖調(diào)Q激光器的調(diào) Q觸發(fā)信號(hào)輸入端相連，所述的數(shù)字輸入/輸出端口與所述快門驅(qū)動(dòng)器相連，該快門
驅(qū)動(dòng)器與所述的快門相連，所述的快門的輸出端與所述的計(jì)算機(jī)相連。
本發(fā)明裝置的工作情況是在所述的計(jì)算機(jī)的控制下，所述的多功能數(shù)據(jù)采集 卡產(chǎn)生三路信號(hào)泵浦觸發(fā)信號(hào)、調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)和快門控制信號(hào)，從第一脈沖輸出 端口輸出周期為T。的泵浦觸發(fā)信號(hào)；從第二脈沖輸出端口輸出周期為T。的調(diào)Q觸
發(fā)信號(hào)，該調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)由泵浦觸發(fā)信號(hào)的上升沿觸發(fā)，且相對(duì)于所述的泵浦觸發(fā) 信號(hào)延時(shí)Tu當(dāng)工作系統(tǒng)需要激光時(shí)，在距離所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的上升沿延時(shí)T2 的時(shí)刻，從所述的數(shù)字輸入/輸出端輸出高電平，驅(qū)動(dòng)器接收到高電平后開啟所述的 快門，當(dāng)工作系統(tǒng)不需要激光時(shí)，在距離所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的第N+l個(gè)上升沿延 時(shí)T2的時(shí)刻，從所述的數(shù)字輸入/輸出端輸出低電平，所述的驅(qū)動(dòng)器接收到低電平 后關(guān)閉所述的快門，其中T2〈T。一T， T是所述的快門從接受命令到完全打開或關(guān)閉 所需要的時(shí)間，N是根據(jù)工作系統(tǒng)的需要設(shè)置的任意正整數(shù)值，表示工作系統(tǒng)需要 的激光脈沖個(gè)數(shù)。
所述的周期To和調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)相對(duì)于泵浦觸發(fā)信號(hào)的延時(shí)1由脈沖調(diào)Q激光 器的設(shè)計(jì)參數(shù)決定，以使脈沖調(diào)Q激光器的輸出特性最穩(wěn)定，輸出效率最高，達(dá)到
4最佳工作態(tài)。
為了保證激光通過(guò)快門的過(guò)程，光斑不被快門遮擋，必須使要進(jìn)入工作系統(tǒng)的 激光脈沖出光前快門處于完全打開的狀態(tài)，所以當(dāng)工作系統(tǒng)需要激光時(shí)，所述的數(shù) 字輸入/輸出端在所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的當(dāng)前上升沿延時(shí)T2的時(shí)刻，輸出高電平，保 證相鄰的下一個(gè)激光脈沖出光前，快門完全打開。為了確保通過(guò)的脈沖數(shù)與設(shè)置脈 沖數(shù)N —致，并需在N個(gè)激光脈沖通過(guò)后，第N+l個(gè)激光脈沖到來(lái)前的快門完全 關(guān)閉，擋住第N+1個(gè)激光脈沖，所以當(dāng)工作系統(tǒng)不需要激光時(shí)，在所述的調(diào)Q觸發(fā) 信號(hào)的第N+l個(gè)上升沿延時(shí)T2的時(shí)刻，所述的數(shù)字輸入/輸出端輸出低電平，其中 L〈T。一T， T是所述的快門從接受命令到完全打開(關(guān)閉)需要的時(shí)間，N可以根據(jù) 工作系統(tǒng)的需要設(shè)置為任意值，表示工作系統(tǒng)需要的激光脈沖個(gè)數(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)效果是
1本發(fā)明為激光器使用者提供了一種簡(jiǎn)單而行之有效的提高脈沖調(diào)Q激光器 輸出光束穩(wěn)定性的裝置與方法。
2所述的泵浦源和調(diào)Q開關(guān)按照脈沖調(diào)Q激光器使用手冊(cè)提供的參數(shù)(能量輸 出最大，光束最穩(wěn)定時(shí)的工作參數(shù))工作，保證了激光器的光束輸出特性最為穩(wěn)定。
3所述機(jī)械快門的動(dòng)作決定整個(gè)系統(tǒng)中激光的傳輸與使用與否，既保證了激光 器以設(shè)計(jì)的最佳參數(shù)運(yùn)行，又保證隨時(shí)可以滿足工作系統(tǒng)對(duì)激光的需要。
4不同的激光參數(shù)需要選擇不同性能的快門。只要選擇合適的機(jī)械快門，就可 以方便地應(yīng)用于各種包含激光器工作系統(tǒng)中，很容易地將快門嵌入整個(gè)工作系統(tǒng)的 自動(dòng)化控制中。


圖1是本發(fā)明自動(dòng)提高脈沖調(diào)Q激光器使用穩(wěn)定性的裝置示意圖。 圖2是泵浦觸發(fā)信號(hào)，調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)，延時(shí)信號(hào)和快門控制信號(hào)的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制發(fā)明的保護(hù)范圍。
請(qǐng)參閱圖1。圖1是本發(fā)明提高脈沖調(diào)Q激光器使用穩(wěn)定性的裝置。圖中1
一脈沖調(diào)Q激光器，ll一泵浦觸發(fā)信號(hào)輸入端口， 12—調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)輸入端口， 13 一脈沖調(diào)Q激光出口， 2—快門，3—快門驅(qū)動(dòng)器，4一計(jì)算機(jī)，5—多功能數(shù)據(jù)采集 卡，51—板卡總線端口， 6—接線盒，61—脈沖輸出端口， 62—脈沖輸出端口， 63 —數(shù)字輸入/輸出端口， 64—接線盒總線端口。由圖可見，本發(fā)明提高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性的裝置，由快門2、快門驅(qū)動(dòng)器3、計(jì)算機(jī)4、多功能數(shù)據(jù)采集卡 5和接線盒6組成，所述的快門2設(shè)置在由所述的脈沖調(diào)Q激光器1到工作系統(tǒng)的 光路上，所述的多功能數(shù)據(jù)采集卡5插在計(jì)算機(jī)4的PCI插槽上，該多功能數(shù)據(jù)采 集卡5經(jīng)接線盒6有三個(gè)輸出端口第一脈沖輸出端口 61、第二脈沖輸出端口 62 和數(shù)字輸入/輸出端口 63，所述的第一脈沖輸出端口 61與所述脈沖調(diào)Q激光器1的 泵浦觸發(fā)信號(hào)輸入端11相連，所述的第二脈沖輸出端口 62與脈沖調(diào)Q激光器1的 調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)輸入端12相連，所述的數(shù)字輸入/輸出端63與所述快門驅(qū)動(dòng)器3相連， 該快門驅(qū)動(dòng)器3與所述的快門2相連，所述的快門2的輸出端與所述的計(jì)算機(jī)4相 連。
在所述的計(jì)算機(jī)4的控制下，所述的多功能數(shù)據(jù)采集卡5產(chǎn)生三路信號(hào)泵浦 觸發(fā)信號(hào)、調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)和快門控制信號(hào)，從接線盒6的第一脈沖輸出端口 61輸 出周期為T0的泵浦觸發(fā)信號(hào)；從第二脈沖輸出端口62輸出周期為T0的調(diào)Q觸發(fā) 信號(hào)，該調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)由泵浦觸發(fā)信號(hào)的上升沿觸發(fā)，且相對(duì)于所述的泵浦觸發(fā)信 號(hào)延時(shí)T1;當(dāng)工作系統(tǒng)需要激光時(shí)，在距離所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的上升沿延時(shí)T2 的時(shí)刻，從所述的數(shù)字輸入/輸出端63輸出高電平，驅(qū)動(dòng)器接收到高電平后開啟所 述的快門2，當(dāng)工作系統(tǒng)不需要激光時(shí)，在距離所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的第N+l個(gè)上 升沿延時(shí)T2的時(shí)刻，從所述的數(shù)字輸入/輸出端63輸出低電平，所述的驅(qū)動(dòng)器3接 收到低電平后關(guān)閉所述的快門2，其中T2〈T。一T， T是所述的快門2從接受命令到完 全打開或關(guān)閉所需要的時(shí)間，N是根據(jù)工作系統(tǒng)的需要設(shè)置的任意正整數(shù)值，表示 工作系統(tǒng)需要的激光脈沖個(gè)數(shù)。
泵浦源和調(diào)Q開關(guān)的工作頻率是由泵浦源觸發(fā)信號(hào)輸入端口 11和調(diào)Q觸發(fā)信 號(hào)輸入端口 12的脈沖信號(hào)頻率決定的。多功能數(shù)據(jù)采集卡5控制接線盒6的第一脈 沖輸出端口 61輸出周期為T。的泵浦觸發(fā)信號(hào)；從第二脈沖輸出端口 62輸出的調(diào)Q 觸發(fā)信號(hào)由脈沖輸出端口 61信號(hào)上升沿觸發(fā)，且相對(duì)于泵浦觸發(fā)信號(hào)延時(shí)ms， T0， T!可由脈沖調(diào)Q激光器1的說(shuō)明手冊(cè)中査取。按照此參數(shù)工作，激光器的輸出 特性最穩(wěn)定，輸出效率最高，達(dá)到所謂的最佳工作態(tài)。這些參數(shù)是由激光器的設(shè)計(jì) 參數(shù)決定的。
當(dāng)工作系統(tǒng)需要激光時(shí)，在距離所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的上升沿延時(shí)T2的時(shí)刻， 從所述的數(shù)字輸入/輸出端6)輸出高電平，驅(qū)動(dòng)器接收到高電平后開啟快門，當(dāng)工 作系統(tǒng)不需要激光時(shí)，在距離所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的第N+l個(gè)上升沿延時(shí)T2的時(shí)刻，從所述的數(shù)字輸入/輸出端63輸出低電平，驅(qū)動(dòng)器接收到低電平后關(guān)閉快門，其中 T2〈T。一T， T是所述的快門2從接受命令到完全打開或關(guān)閉所需要的時(shí)間，N可以根 據(jù)工作系統(tǒng)的需要設(shè)置為任意值，表示工作系統(tǒng)需要的激光脈沖個(gè)數(shù)。
請(qǐng)參閱圖2。圖2是泵浦觸發(fā)信號(hào)，調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)，以及快門控制信號(hào)的時(shí)序 圖。泵浦觸發(fā)信號(hào)，調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)是兩路連續(xù)脈沖信號(hào)。TQ-T2>T,調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)延 時(shí)丁2的時(shí)刻也就是下一個(gè)調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)上升沿來(lái)臨前(To-T2) ms，以及在此延時(shí) 脈沖的第N+1個(gè)上升沿來(lái)臨前(T rT2) ms時(shí)，所述的數(shù)字輸入/輸出端口 63輸出高 電平和低電平，以保證在快門從開始打開到完全關(guān)閉的過(guò)程中，激光脈沖完整通過(guò) 快門，且只有N個(gè)脈沖通過(guò)。其中N可以根據(jù)使用者的需要來(lái)設(shè)定。每次工作系 統(tǒng)需要激光，就按照此時(shí)序打開所述的快門2即可。
綜上所述，本發(fā)明對(duì)于激光器使用者來(lái)說(shuō)，是一種簡(jiǎn)單有效的提高激光器熱穩(wěn) 定的方法，可以方便地應(yīng)用于各種使用脈沖調(diào)Q激光器的系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1、一種提高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性的方法，其特征在于將快門(2)串聯(lián)在脈沖調(diào)Q激光器(1)和工作系統(tǒng)之間的光路中，通過(guò)計(jì)算機(jī)(4)控制所述脈沖調(diào)Q激光器(1)和快門(2)的工作，以達(dá)到根據(jù)所述的工作系統(tǒng)需要輸出穩(wěn)定的調(diào)Q激光脈沖。
2、 一種提高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性的裝置，其特征在于該裝置由快門 (2)、快門驅(qū)動(dòng)器(3)、計(jì)算機(jī)(4)、多功能數(shù)據(jù)采集卡(5)和接線盒(6)組成，所述的快門(2)設(shè)置在由所述的脈沖調(diào)Q激光器(1)到工作系統(tǒng)的光路上，所述 的多功能數(shù)據(jù)采集卡(5)插在計(jì)算機(jī)(4)的PCI插槽上，該多功能數(shù)據(jù)采集卡(5) 的接線盒(6)有三個(gè)輸出端口第一脈沖輸出端口 (61)、第二脈沖輸出端口 (62) 和數(shù)字輸入/輸出端口 (63)，所述的第一脈沖輸出端口 (61)與所述脈沖調(diào)Q激光 器(1)的泵浦觸發(fā)信號(hào)輸入端(11)相連，所述的第二脈沖輸出端口 (62)與脈沖 調(diào)Q激光器(1)的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)輸入端(12)相連，所述的數(shù)字輸入/輸出端(63) 與所述快門驅(qū)動(dòng)器(3)相連，該快門驅(qū)動(dòng)器(3)與所述的快門(2)相連，所述的 快門(2)的輸出端與所述的計(jì)算機(jī)(4)相連，在所述的計(jì)算機(jī)(4)的控制下，所 述的多功能數(shù)據(jù)采集卡(5)產(chǎn)生三路信號(hào)泵浦觸發(fā)信號(hào)、調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)和快門 控制信號(hào)，從所述的第一脈沖輸出端口 (61)輸出周期為T。的泵浦觸發(fā)信號(hào)；從第 二脈沖輸出端口 (62)輸出周期為T。的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)，該調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)由泵浦觸發(fā) 信號(hào)的上升沿觸發(fā)，且相對(duì)于所述的泵浦觸發(fā)信號(hào)延時(shí)Ti;當(dāng)工作系統(tǒng)需要激光時(shí)， 在距離所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的上升沿延時(shí)T2的時(shí)刻，從所述的數(shù)字輸入/輸出端(63)輸出高電平，驅(qū)動(dòng)器接收到高電平后開啟f;f述的快門(2)，當(dāng)工作系統(tǒng)不需要激光時(shí)，在距離所述的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)的第N+1個(gè)上升沿延時(shí)T2的時(shí)刻，從所述的數(shù)字輸 入/輸出端(63)輸出低電平，所述的驅(qū)動(dòng)器(3)接收到低電平后關(guān)閉所述的快門 (2)，其中L〈T。一T， T是所述的快門(2)從接受命令到完全打開或關(guān)閉所需要的 時(shí)間，N是根據(jù)工作系統(tǒng)的需要設(shè)置的任意正整數(shù)值，表示工作系統(tǒng)需要的激光脈 沖個(gè)數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性的裝置，其特征 在于所述的周期To和調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)相對(duì)于泵浦觸發(fā)信號(hào)的延時(shí)1由脈沖調(diào)Q激光 器(1)最佳工作態(tài)的設(shè)計(jì)參數(shù)決定。
全文摘要
一種提高脈沖調(diào)Q激光器輸出光束穩(wěn)定性的裝置和方法，是將快門串聯(lián)在脈沖調(diào)Q激光器和工作系統(tǒng)之間的光路中，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制所述脈沖調(diào)Q激光器和快門的工作，以根據(jù)所述的工作系統(tǒng)需要輸出穩(wěn)定的調(diào)Q激光脈沖的目的。本發(fā)明簡(jiǎn)單易行，在隨時(shí)滿足系統(tǒng)對(duì)激光需求的基礎(chǔ)上，大幅度地提高了脈沖調(diào)Q激光器的輸出光束穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01S3/13GK101609957SQ20091005482
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者劉曉鳳, 李大偉, 王建永, 胡國(guó)行, 趙元安, 邵建達(dá) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所