一种电流及首脉冲控制电路及腔内倍频半导体激光器的制作方法

本实用新型涉及激光器领域，特别涉及一种电流及首脉冲控制电路及腔内倍频半导体激光器。

背景技术：

半导体紫外激光器在工业领域应用越来越广泛，尤其是在精细打孔、打标，比如玻璃、陶瓷硅片等材料切割打孔，太阳能电池，FPC板加工，塑料和金属打标等。与传统加工方法相比较，紫外波段激光器具有精密，热效应少、冷加工等优势。

腔内倍频声光调Q激光器其通过加载一定频率的射频功率在Q开关上，谐振腔1064nm基频光发生偏转，使得基频光在谐振腔内光场的损耗发生变化。通过内部或外部调制信号控制射频功率使Q开关开合，当谐振腔处于低Q值时，谐振腔内高损耗，没有激光输出；当谐振腔处于高Q值时，谐振腔处于低损耗，腔内输出1064nm基频光脉冲,1064nm经过二倍频变为532nm绿光，532nm和基频光在三倍频晶体个合频产生355Nnm紫外激光。

腔内倍频声光调Q紫外激光器，当Q开关关闭时，腔内激光振荡停止，无激光输出，但腔内激光增益介质YAG或其他激光物质仍处于泵浦状态，激光增益介质翻转粒子数积累，Q开关开启时，振荡腔将输出脉冲，此时输出的第一个脉冲称之为首脉冲，该脉冲相对随其后的脉冲相比，能量可能大几倍到几十倍。因此腔内倍频声光调Q紫外激光器首脉冲会带来腔内外光学件的击伤，特别是倍频晶体，在加工过程中，也易造成被加工件烧焦，形成切割深度和大小不一的孔。

目前国内外抑制激光首脉冲的方法通常是用测量脉冲间隔时间和调整Q开关射频功率大小的方法来实现，但这些方法都无法完整可靠的抑制各种情形产生的首脉冲。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电流及首脉冲控制电路及腔内倍频半导体激光器，解决现有技术中无法完整可靠的抑制各种情形产生的首脉冲的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种电流及首脉冲控制电路，包括：MCU组合、D/A转换器、泵浦电流控制模块、射频信号幅度控制器、射频信号功率放大器、重复频率触发电路控制器、重复频率调制开关和射频信号发生器；所述MCU组合分别与所述D/A转换器、所述射频信号幅度控制器和所述重复频率触发电路控制器连接，所述D/A转换器还与所述泵浦电流控制模块连接，并通过所述泵浦电流控制模块与激光泵浦模块连接，所述射频信号幅度控制器还与所述射频信号功率放大器连接，并通过所述射频信号功率放大器与声光调Q开关连接，所述重复频率调制开关分别与所述重复频率触发电路控制器、所述射频信号幅度控制器和所述射频信号发生器连接。

其中，所述射频信号幅度控制器包括射频前级放大器、充放电电容和充放电电子开关，所述充放电电容的阴极接地，所述充放电电容的阳极与所述充放电电子开关的第一引脚连接，所述充放电电子开关的第二引脚与所述射频前级放大器连接，所述充放电电子开关的第三引脚与所述MCU组合连接。

其中，所述重复频率触发电路控制器包括重复频率信号来源选择开关、脉冲测量模块和射频窗口定时器，所述射频窗口定时器和所述脉冲测量模块均与所述重复频率信号来源选择开关的第一引脚连接，所述重复频率信号来源选择开关的第二引脚、第三引脚和第四引脚均与所述MCU组合连接。

具体的，所述脉冲测量模块包括脉冲频率测量模块和脉冲间隔时间测量模块。

具体的，所述射频窗口定时器输出的脉冲脉宽为3us。

一种腔内倍频半导体激光器，包括：侧面泵浦模块、声光调Q开关、二倍频晶体、离散角补偿晶体、三倍频晶体、3个全反射镜、布儒斯特起偏器、激光器电流和首脉冲控制电路；其中，

第一全反射镜和第二全反射镜组成折叠腔的第一腔体，第二全反射镜和第三全反射镜组成折叠腔的第二腔体，所述侧面泵浦模块、所述声光调Q开关和所述布儒斯特起偏器设置在所述第一腔体内；所述二倍频晶体、所述离散角补偿晶体和所述三倍频晶体设置在所述第二腔体内；所述首脉冲控制电路设置在所述第一腔体内，并与所述侧面泵浦模块和所述声光调Q开关连接。

具体的，所述三倍频晶体的一个端面切割成布儒斯特角。

采用上述技术方案，由于将两种传统抑制激光首脉冲的方法采用特定的首脉冲电路结构结合，在首脉冲电路结构中同时设置有射频信号幅度控制器和重复频率触发电路控制器的结合实现对激光首脉冲的抑制，起到很好的效果。

附图说明

图1为本实用新型电流及首脉冲控制电路的电路原理图；

图2为本实用新型中射频信号幅度控制器的电路原理图；

图3为本实用新型中重复频率触发电路控制器的电路原理图；

图4为本实用新型腔内倍频半导体激光器的结构示意图。

图中，1-MCU组合，2-D/A转换器，3-泵浦电流控制模块，4-射频信号幅度控制器，41-射频前级放大器，42-充放电电容，43-充放电电子开关，5-射频信号功率放大器，6-重复频率触发电路控制器，61-重复频率信号来源选择开关，62-脉冲测量模块，63-射频窗口定时器，7-重复频率调制开关，8-射频信号发生器，9-激光泵浦模块，10-声光调Q开关，101-侧面泵浦模块，102-声光调Q开关，103-二倍频晶体，104-离散角补偿晶体，105-三倍频晶体，106-布儒斯特起偏器，107-激光器电流和首脉冲控制电路，108-第一全反射镜，109-第二全反射镜，110-第三全反射镜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

作为本实用新型的第一实施例，提出一种电流及首脉冲控制电路，包括：MCU组合1、D/A转换器2、泵浦电流控制模块3、射频信号幅度控制器4、射频信号功率放大器5、重复频率触发电路控制器6、重复频率调制开关7和射频信号发生器8；MCU组合1分别与D/A转换器2、射频信号幅度控制器4和重复频率触发电路控制器6连接，D/A转换器2还与泵浦电流控制模块3连接，并通过泵浦电流控制模块3与激光器的激光泵浦模块连接，射频信号幅度控制器4还与射频信号功率放大器5连接，并通过射频信号功率放大器5与激光器的声光调Q开关连接，重复频率调制开关7分别与重复频率触发电路控制器6、射频信号幅度控制器4和射频信号发生器8连接。

由MCU组合1产生电流数字信号经由D/A转换器2成电压值，该电压值控制泵浦电流控制模块3产生电流驱动激光器的激光泵浦模块9。

射频信号发生器8产生Q开关工作的主频信号，射频信号经由重复频率调制开关7后，注入射频信号幅度控制器6，再经射频信号功率放大器5放大后，输入驱动激光器的声光调Q开关10。

重复频率调制开关受重复频率触发电路控制器控制，可切断和接通射频信号注入其后级电路，以达成用重复频率调制射频信号(Q开关工作的主频信号)。重复频率触发电路控制器受MCU组合控制，并可选择内部触发信号或外部触发信号。

其中，射频信号幅度控制器4如图2所示，包括射频前级放大器41、充放电电容42和充放电电子开关43，充放电电容42的阴极接地，充放电电容42的阳极与充放电电子开关43的第一引脚连接，充放电电子开关43的第二引脚与射频前级放大器连接，充放电电子开关43的第三引脚与MCU组合连接。

射频前级放大器的放大倍数由注入他的电压大小控制，MCU组合1内D/A转换器2产生两个电压值，分别控制射频前级放大器产生最大射频放大幅值和最小射频放大幅值，MCU组合1内还产生一开关控制信号，通过两个电压值的控制使射频放大幅度按特定的指数曲线下降和上升，MCU组合内也可产生一PWM(脉冲宽度调制)信号，可使得射频前级放大器的放大幅值设定在最大射频放大幅值和最小射频放大幅值之间。由此我们能通过控制加载在声光调Q开关上的射频功率幅值大小来改变谐振腔内光场的损耗大小。

其中，如图3所示，重复频率触发电路控制器6包括重复频率信号来源选择开关61、脉冲测量模块62和射频窗口定时器63，射频窗口定时器63和脉冲测量模块62均与重复频率信号来源选择开关61的第一引脚连接，重复频率信号来源选择开关61的第二引脚、第三引脚和第四引脚均与MCU组合连接。

由MCU组合1通过电子开关选择来自内部或外的重复频率信号，被选中的重复频率通过射频窗口定时器的单稳态电路形成3us脉宽的触发信号，以驱动重复频率调制开关工作。

脉冲频率和脉冲间隔时间测量模块，对触发信号(重复频率信号)进行两项检测，即：脉冲的频率检测和脉冲间隔时间测量，并输入MCU组合参与运算。当触发信号脉冲1a和1b产生，由脉冲频率、脉冲间隔时间测量模块检测出脉冲周期t1(1/脉冲频率),MCU组合把t1定为时间基准，当下个t2到来时(t2由MCU组合定义为t1X1.08左右，具体可用由特定的激光系统而定)还没检测到下一个触发信号脉冲，MCU组合产生射频幅度控制信号，使充放电电容接入射频前置放大器电路，使射频幅度由最大幅度过渡到最小幅度控制电平状态下(MCU组合取之前时间基准t1作为判断，产生相应的最小幅度控制电平大小)，并输入到射频信号幅度控制器以产生相应的连续光射频幅度的最小射频幅度，经过t3时间后，此时激光器进入连续出光模式(CW模式)，激光器谐振腔内产生持续的连续光，从而消耗多余的翻转粒子数积累，当触发信号脉冲2a来临时MCU组合将射频信号幅度控制信号撤除，并将最大幅度控制电平输入到射频前级放大器使Q开关完全关闭，这样就有效的屏蔽掉了首脉冲，当2b触发脉冲来到时，同样按上述方法再检测脉冲间隔时间同样的方法再进行判断，如果后续的脉冲间隔时间不超过tX1.08，激光器将保持脉冲状态。

作为本实用新型的第二实施例，提出一种腔内倍频半导体激光器，如图4所示，包括：侧面泵浦模块101、声光调Q开关102、二倍频晶体103、离散角补偿晶体104、三倍频晶体105、3个全反射镜、布儒斯特起偏器106、激光器电流和首脉冲控制电路107；其中，

第一全反射镜108和第二全反射镜109组成折叠腔的第一腔体，第二全反射镜109和第三全反射镜110组成折叠腔的第二腔体，侧面泵浦模块101、声光调Q开关102和布儒斯特起偏器106设置在第一腔体内；二倍频晶体103、离散角补偿晶体104和三倍频晶体105设置在第二腔体内；首脉冲控制电路设置在第一腔体内，并与侧面泵浦模块101和声光调Q开关102连接。三倍频晶体105的一个端面切割成布儒斯特角。

侧面泵浦模块101输出808纳米的激光注入激光介质Nd3+:YAG晶体形成1064nm基频光，基频光输出光路上依次是的Q开关、第一全反射镜108、布儒斯特起偏器106、第二全反射镜109、三倍频晶体105、离散角补偿晶体、二倍频晶体103和第三全反射镜110；布儒斯特起偏器促使激光腔对基频光P光进行强化，三倍频晶体的一个端面切割成布儒斯特角且不镀光学膜，直接作为激光输出窗口，通过旋转的离散角补偿晶体，从而改变其对回程倍频光的离散间距，从而补偿回程倍频光在二倍频晶体中产生的离散效应，以增大和频效率，激光器电流及首脉冲控制电路对侧面泵浦模块电流和Q开关进行控制。

采用上述技术方案，由于将两种传统抑制激光首脉冲的方法采用特定的首脉冲电路结构结合，在首脉冲电路结构中同时设置有射频信号幅度控制器和重复频率触发电路控制器的结合实现对激光首脉冲的抑制，起到很好的效果。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。