一种时序发射激光器的制作方法

1.本发明涉及激光器的技术领域，尤其是涉及一种时序发射激光器。


背景技术：

2.激光在材料加工，軍事，通信，传感，医学和照明等领域获得了广泛的应用,至今，已经形成了一个巨大产业，激光器是激光产业的核心部件，激光器的性能，特别是激光功率和光束质量对于激光产业的持续发展有着决定性的影响。目前，激光器常见的工作模式有脉冲模式和连续激光模式，在同样输出功率下，激光器在脉冲模式输出的激光峰值功率远高于连续激光模式的功率，通过对多个参数相同、时域内不重叠的低频脉冲激光器的时序合束可以在保持单脉冲能量不变的条件下提高重复频率，从而提高平均功率和亮度。
3.目前，已有多个有关时序合束的专利技术被公布，例如公告号为cn109619a的专利申请，就是一种基于衍射光栅的激光时序合束装置，该专利公开的时序合束方法将多个光谱合成光束按时序组束，然后通过光栅切换再按时序合束，由此形成的多腔合成光束，具有很高的平均功率。
4.在实现本技术的过程中，发明人发现上述技术至少存在以下问题：所有传统时序合束系统都需要选用多个参数相同的激光器进行合束，涉及较多精密光学元件和精密光校工艺，制造成本较高，而且，可靠性也较差。


技术实现要素：

5.为了克服传统时序合束激光系统的上述缺点，本技术提供一种时序发射激光器。
6.本技术提供的一种时序发射激光器，采用如下的技术方案：一种时序发射激光器，包括泵浦源、多单元增益介质模块、激发光模块、光束扫描模块和电子控制单元，所述泵浦源向所述多单元增益介质模块输入泵浦光并激活所述多单元增益介质模块，所述光束扫描模块作用于所述激发光模块或多单元增益介质模块，使得所述激发光模块产生的激发光对所述多单元增益介质模块进行周期性扫描，所述多单元增益介质模块按所述激发光停留期所占区域分区，所述电子控制单元用于分别向所述多单元增益介质模块和光束扫描模块发送同步控制信号，以使所述多单元增益介质模块的各分区依次受激发射形成激光。
7.通过采用上述技术方案，使用时，泵浦源持续向多单元增益介质模块输入泵浦光，使得多单元增益介质模块被激活并产生自发辐射，光束扫描模块作用于激发光模块或多单元增益介质模块，使得激发光模块产生的激发光对多单元增益介质模块进行周期性扫描，多单元增益介质模块按激发光停留期所占区域分为多个分区，每个分区被激发光模块直接作用时，都会形成激光脉冲，所有分区所产生的激光脉冲最终组合形成持续的单腔巨脉冲激光输出。由于无需太多复杂零件和光校便可达到时序合束多腔激光发射系统同样效果，可以克服传统时序合束多腔激光系统的成本高，可靠性差的缺点。
8.可选的，所述激发光模块包括构成谐振腔的高反射单元和低反射单元，所述谐振
腔的光通道至少有一部分为自由空间光通道，所述多单元增益介质模块位于所述谐振腔的光通道内，所述多单元增益介质模块的各分区依次被所述光通道内激发光扫描，并受激发射激光脉冲。
9.可选的，所述谐振腔的光通道内设置有q开关，所述q开关位于多单元增益介质模块和低反射单元之间，基于所述电子控制单元的控制，控制所述谐振腔在低损耗开态和高损耗关态之间切换。
10.可选的，所述高反射单元为自由空间高反射镜或光纤光栅，并与所述多单元增益介质模块分立间距设置。
11.可选的，所述高反射单元为反射率高于98%的高反射膜，所述高反射单元镀于所述多单元增益介质模块的表面。
12.通过采用上述技术方案，高反射单元直接贴合与多单元增益介质模块，能够减少光路中的固体界面数，减小谐振腔的损耗。
13.可选的，所述激发光模块包括种子光源和光纤准直器，所述种子光源配置有光隔离器，所述种子光源和光纤准直器之间形成有光通道，所述多单元增益介质模块位于所述光通道部位，所述多单元增益介质模块的各分区依次进入所述光通道，从而对所述种子光源发出的种子激光进行功率放大，形成激光脉冲。
14.可选的，所述光束扫描模块包括机械驱动器，所述机械驱动器连接于所述多单元增益介质模块，用于驱动所述多单元增益介质模块沿垂直于光通道的方向作周期性位移。
15.可选的，所述光束扫描模块包括电子驱动电路以及一对n选一的光束扫描开关，每个所述光束扫描开关均包括一个主通道和n个支通道，属于同一所述光束扫描开关的主通道和各个支通道周期性依次接通，所述主通道连通于所述光通道，两个所述光束扫描开关的支通道一一对应设置，相互对应的两个支通道相互连通并形成公共支通道，所述多单元增益介质模块位于两个所述光束扫描开关之间的公共支通道内，所述电子驱动电路基于所述电子控制单元的控制，控制各个所述公共支通道依次和光通道导通，使得所述光通道内种子激光对所述多单元增益介质模块进行周期性扫描。
16.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.使用时，泵浦源持续向多单元增益介质模块输入泵浦光，使得多单元增益介质模块被激活并产生自发辐射，光束扫描模块作用于激发光模块或多单元增益介质模块，使得激发光模块产生的激发光对多单元增益介质模块进行周期性扫描，多单元增益介质模块按激发光停留期所占区域分为多个分区，每个分区被激发光模块直接作用时，都会形成激光脉冲，所有分区所产生的激光脉冲最终组合形成持续的单腔巨脉冲激光输出。由于无需太多复杂零件和光校便可达到时序合束多腔激光发射系统同样效果，可以克服传统时序合束多腔激光系统的成本高，可靠性差的缺点。
附图说明
17.图1是用于体现本技术实施例1中时序激光器的工作原理示意图；图2是用于体现本技术实施例2中时序激光器的工作原理示意图；图3是用于体现本技术实施例3中时序激光器的工作原理示意图；图4是用于体现本技术实施例4中时序激光器的工作原理示意图。
18.附图标记说明：1、多单元增益介质模块；2、泵浦光源；31、高反射单元；32、低反射单元；33、种子光源；34、光纤准直器；41、机械驱动器；42、电子驱动电路；43、光束扫描开关；5、电子控制单元；6、输出端口；7、q开关。
具体实施方式
19.以下结合附图1-4对本技术作进一步详细说明。
20.本技术实施例公开一种时序发射激光器。本技术所采用的时序发射激光器是一种通过激发光对增益介质的扫描，使增益介质分区交替发射的激光器，上述激发光可以由增益介质发射的自发辐射在激光器的谐振腔内经过模式竞争产生，也可由独立的种子激光产生，前者形成调q激光器，后者形成mopa型激光器。
21.实施例1：参照图1，本实施例公开的时序发射激光器包括多单元增益介质模块1、泵浦光源2、激发光模块、光束扫描模块、电子控制单元5和输出端口6，且本实施例公开的时序发射激光器为调q激光器。其中，泵浦光源2发射的泵浦光耦合输入并激活多单元增益介质模块1，使其进入激活状态产生自发辐射。
22.参照图1，在本实施例中，激发光模块包括高反射单元31和低反射单元32，高反射单元31和低反射单元32构成谐振腔并形成光通道b（图中粗虚线），多单元增益介质模块1部分位于谐振腔内。谐振腔内设置有q开关7，q开关7设置于多单元增益介质模块1和低反射单元32之间，q开关7用于控制谐振腔的损耗，使得谐振腔在低损耗开态和高损耗关态之间周期性切换。多单元增益介质模块1的通光截面大于谐振腔的光通道b的截面，且多单元增益介质模块1可以是大尺寸稀土掺杂材料薄板或碟片状单元。
23.参照图1，多单元增益介质模块1位于光通道b中的部分自发辐射发生震荡放大，形成激光脉冲。光束扫描模块包括机械驱动器41，机械驱动器41直接连接于多单元增益介质模块1，用于推动多单元增益介质模块1沿垂直于光通道b的方向作周期性运动。
24.参照图1，电子控制单元5分别信号连接于机械驱动器41和q开关7，用于向机械驱动器41和q开关7分别发出同步控制信号，使得谐振腔的状态切换和机械驱动器41的步进时间同步。多单元增益介质模块1按光通道b所占位置大小划分成多个分区，在使用时，电子控制单元5控制机械驱动器41运行，在机械驱动器41的带动下，多单元增益介质模块1的各分区依次进入光通道b中，并在短暂停留后迅速移出，在停留期间，谐振腔处于低损耗开态，从而能够对上述分区进行扫描，使得上述分区的部分自发辐射经过谐振放大形成激光脉冲，各个分区形成的激光脉冲组合形成可以经由输出端口6输出的持续的激光输出。
25.需要注意的是，上述中的高反射单元31、低反射单元32和泵浦光源2均有自由空间耦合和光纤耦合两种配置可选。当采用自由空间耦合时，高反射单元31可以采用独立的高反射镜，并与多单元增益介质模块1分立安置；高反射单元31也可以选用反射率高于98%的高反射膜，并直接镀于多单元增益介质模块1表面，从而减少光路中的固体界面数，减小谐振腔的损耗。当采用光纤耦合时，高反射单元31和低反射单元32都可以选用光纤光栅，并通过光纤准直器34在光纤构成的谐振腔中形成自由空间光通道，以便多单元增益介质模块1和谐振腔中的光通道b之间形成相对运动。
26.本技术实施例1的实施原理为：在使用时，泵浦光源2向多单元增益介质模块1输入
泵浦光，使得多单元增益介质模块1进入激活态并产生自发辐射，同时，电子控制单元5分别向调q激光器和机械驱动器41发出同步控制信号，使得机械驱动器41带动多单元增益介质模块1的各分区依次进入光通道b中并作短暂停留，调q激光器在多单元增益介质模块1停留期间，控制谐振腔进入低损耗开态，使得多单元增益介质模块1停留在光通道b中的分区所发射的部分自发辐射经振荡放大形成激光脉冲，所有激光脉冲组合形成持续的脉冲激光，最终经由输出端口6输出。
27.在实施例1的基础上，在其他可选的实施例中，上述q开关7也可以省略，从而能够提高电光转换效率并简化结构。
28.实施例2：参照图2，实施例2和实施例1的区别之处在于，光束扫描模块包括电子驱动电路42，以及设置在高反射单元31和低反射单元32之间的一对n选一的光束扫描开关43，其中，n为大于1的自然数。每个光束扫描开关43均包括一个主通道和n个支通道，每个光束扫描开关43的主通道都与光通道b接通，两个光束扫描开关43的n个支通道一一对应连接，形成n个公共支通道bn （n=1、2、3
…
n）。电子驱动电路42用于控制两个光束扫描开关43进行同步切换，使得每个光束扫描开关43的主通道均通过各自的支通道与各个公共支通道bn依次接通。多单元增益介质模块1位于处于接通状态的公共支通道bn中的分区受激，并向光通道b发生脉冲激光。电子控制单元5分别信号连接于电子驱动电路42和q开关7，用于分别向两者发出同步控制指令，使得各个公共支通道bn接通期间，谐振腔也处于低损耗开态。随着多单元增益介质模块1各个分区依次发射激光，最终在输出端口6形成激光输出。其中，n选一的光束扫描开关43可以是基于扫描振镜，也可以是基于电光扫描器、声光扫描器、磁光扫描器、液晶扫描器、或mems扫描镜的光束扫描开关（通常也称光束偏转器或光束切换器），重复频率选择范围更宽，并能基于不同的应用要求进行优化，以获得更好的效果。
29.实施例3：参照图3，本实施例公开的时序发射激光器为mopa激光器，包括多单元增益介质模块1、泵浦光源2、激发光模块、光束扫描模块、电子控制单元5和输出端口6，泵浦光源2发射的泵浦光耦合输入多单元增益介质模块1，并激活多单元增益介质模块1，使其产生自发辐射。激发光模块包括种子光源33和光纤准直器34，所述种子光源33配置有光隔离器（图中未示出），种子光源33和光纤准直器34之间形成有自由空间光通道c。多单元增益介质模块1位于种子光源33和光纤准直器34之间，且多单元增益介质模块1可以是通光截面等于光通道c截面的棒、板条或光纤圈的单元，也可以是通光截面等于光通道c截面的棒、板条或光纤圈的多元列阵，其中以多元列阵最为可取。
30.参照图3，光束扫描模块包括机械驱动器41，机械驱动器41连接于多单元增益介质模块1，用于驱动多单元增益介质模块1沿垂直于光通道c的方向做周期性运动。电子控制单元5分别信号连接于机械驱动器41和种子光源33，用于分别向机械驱动器41和种子光源33发出同步控制指令，使得机械驱动器41控制多单元增益介质模块1的各个分区依次进入光通道c内并作短暂停留，同时控制种子光源33在多单元增益介质模块1停留期间发出激光脉冲，激光脉冲经由多单元增益介质模块1停留在光通道c中的分区进行功率放大。周期性的激光脉冲依次经过光纤准直器34进行准直处理后，最终经过输出端口6输出，形成高功率脉冲激光。
31.实施例4：参照图4，本实施例与实施例3的不同之处在于，光束扫描模块包括电子驱动电路42，以及一对设置在种子光源33和光纤准直器34之间的n选一的光束扫描开关43，其中，n为大于1的自然数。多单元增益介质模块1位于两个光束扫描开关43之间。每个光束扫描开关43均包括一个主通道和n个支通道，光束扫描开关43的主通道都与光通道c接通，两个光束扫描开关43的n个支通道一一对应连接，形成n个公共支通道cn （n=1、2、3
…
n）。电子控制单元5用于向电子驱动器和种子光源33分别发出同步控制信号，使得电子驱动器控制一对光束扫描开关43进行公共支通道cn的周期性切换并在每次切换后作短暂停留，同时使得种子光源33在每次公共支通道cn短暂停留期间，发出激光脉冲。其中，光束扫描开关43的可选范围很宽，可以是基于扫描振镜，也可以是基于电光扫描器、声光扫描器、磁光扫描器、液晶扫描器或mems扫描镜的光束扫描开关（也称光束偏转器或光束切换器），其中以电光扫描开关最为可选。
32.上述实施例3和实施例4所采用的mopa激光器的技术方案，相较于实施例1和实施例2所采用的调q激光器的技术方案，具有更高的平均功率和亮度。
33.在上述任意实施例中，对于多单元增益介质模块1中的任意一个分区来说，在一个周期的大部分时间内都未与光通道b或光通道c接通，而多单元增益介质模块1仍然持续接收泵浦光，在此期间发光粒子大量累积，当多单元增益介质模块1的分区和光通道b或c接通的瞬间，受激发射激光巨脉冲，各分区交替发射，通过延长发光粒子积累时间，增加发光粒子积累数量，不仅可以提高巨脉冲能量，峰值功率和平均功率，而且，还可保持高光束质量。
34.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对申请的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本技术部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术所要保护的范围。