一种快速开关脉冲激光器的制作方法

本发明属于脉冲激光技术领域，涉及一种脉冲激光器，具体地说涉及一种可用于微加工的快速开关脉冲激光器。

背景技术：

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，从而产生热效应来进行材料加工的，该技术具有高效率、高精度、非接触式加工、材料无机械变形的优点，同时由于是局部加工，对非激光照射部位没有影响，激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，极易与数控系统配合，可对复杂工件进行加工，是一种极为灵活的加工方法。该方法在工业、科研领域都得到了广泛应用，为优质、高效、环保的加工技术开辟了广阔的前景。

随着工业技术的不断发展，对激光加工的品质及加工效率都提出了更高的要求，对于激光微加工领域中一些要求较为严苛的加工任务来说，普通激光器难以完成，但是脉冲激光(纳秒、皮秒、飞秒)由于具有更好的单色性、发散度极小、功率更高，可被广泛应用于要求严苛的工件加工，同时随着对微纳加工的尺寸、精度、效率的要求的不断提高，相应的对脉冲激光器的开关时间也提出了更高要求。

传统的脉冲激光器调制方式主要包括泵浦调制、声光调制(aom)技术，其中泵浦调制是一种对泵浦光直接调制的方式，这种方式直接、设备结构简单，光损耗小，但是由于其响应时间较长，导致开关速度慢，一般需达几十微秒。因此，直接泵浦调制技术一般无法满足激光微加工的要求。声光调制技术(aom)是一种外调制技术，，激光输出经过aom，由门控(gate)信号给出高低电平控制通过aom为1级光(出光)或0级光(挡住、不出光)，从而实现激光器的快速开关，声光调制具有开关时间短(10-100ns)的优点，，但其1级输出存在光转化效率低的问题，通常为80％左右，从而导致约20％的激光输出损失。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于传统脉冲激光器存在开关速度慢或开关速度与光转化效率无法同时保证的技术问题，从而提出一种开关迅速、激光损耗小的快速开关脉冲激光器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种快速开关脉冲激光器，所述激光器包括主振荡功率放大器，所述主振荡功率放大器包括相互连接的切换控制器、激光种子源，还包括设置于所述激光种子源之后的激光放大组件和输出机构。

作为优选，所述切换控制器包括门信号控制单元，所述门信号控制单元控制所述激光种子源在门信号为高电平时输出脉冲激光，所述门信号控制单元控制所述激光种子源在门信号为低电平时输出连续激光。

作为优选，所述激光放大组件包括顺次连接的前置放大器和主放大器，所述前置放大器与所述激光种子源或切换控制器连接，所述主放大器与所述输出机构连接。

作为优选，所述激光种子源为连续和脉冲切换激光种子源，所述输出机构为光学谐波输出系统。

作为优选，所述连续和脉冲切换激光种子源为半导体激光器。

作为优选，所述激光种子源为激光激光脉冲种子源。

作为优选，所述切换控制器还包括声光调制器、连续输出的单模激光器和耦合器，所述耦合器与所述连续输出的单模激光器、声光调制器连接，所述声光调制器与所述脉冲种子源连接。

作为优选，所述激光脉冲种子源为飞秒振荡器、皮秒振荡器或直接调制的纳秒振荡器。

作为优选，所述输出机构为双色分光镜。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的快速开关脉冲激光器，所述激光器包括主振荡功率放大器，所述主振荡功率放大器包括相互连接的切换控制器、激光种子源，还包括设置于所述切换控制器或激光种子源之后的激光放大组件和输出机构，所述切换控制器包括门信号控制单元。采用具有门信号控制单元的切换控制器对种子源输出进行控制，得到了一种主振荡功率放大器(mopa)结构，使得得到的脉冲激光器开关速度快，可达亚微秒，且激光损耗几乎为零，光转化效率高，调制过程对激光器无损坏。

(2)本发明所述的快速开关脉冲激光器，所述门控单元控制所述激光种子源在门信号为高电平时输出脉冲激光，所述门控单元控制所述种子源在门信号为低电平时输出连续激光。该激光器具体通过门信号实现对种子源输出的控制，从而使脉冲激光器的开关速度快，激光损失率低，另外，在门信号由高电平切换到低电平的过程中，由于连续光的存在不会出现没有种子源的情况，避免了由于放大自辐射(ase)过强而导致q开关(q-switch)锁模、或者首脉冲过强从而损坏激光器，延长了激光器的使用寿命。对于采用固体放大器的场合，还可以避免热透镜不同造成的影响。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例1所述的主振荡功率放大器的结构示意图；

图2是本发明实施例2所述的主振荡功率放大器的结构示意图；

图3是本发明实施例2所述的主振荡功率放大器的调试波形图；

图4是本发明实施例3所述的主振荡功率放大器的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-切换控制器；10-门信号控制单元；11-声光调制器；12-连续输出的单模激光器；13-耦合器；2-激光种子源；3-输出机构；4-前置放大器；5-主放大器。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种快速开关脉冲激光器，如图1所示，所述脉冲激光器包括主振荡功率放大器(主振荡器的功率放大器，mopa)，所述主振荡功率放大器包括顺次连接的切换控制器1、激光种子源2、激光放大组件和输出机构3，其中，所述切换控制器包括门信号(gate信号)控制单元，所述门信号控制单元在产生高电平门信号时，控制激光种子源2输出脉冲激光，相反地，门信号控制单元在产生低电平信号时控制所述激光种子源2输出连续激光。所述激光种子源2为连续和脉冲激光种子源或激光高频脉冲种子源。

本实施例通过采用gate信号实现对种子源输出的控制来实现对脉冲激光器主振荡器的功率放大器(mopa)结构，从而得到了一种开关速度快(亚微秒)，激光零损耗的快速开关脉冲激光器。同时，在gate信号从高电平到低电平切换过程中，由于连续光的存在不会出现没有种子源的情况，从而避免出现由于放大自发辐射(ase)过强而可能导致q开关(q-switch)锁模从而损坏激光器。

进一步地，所述激光放大组件包括顺次连接的前置放大器4和主放大器5，二者均为常规激光放大器，所述前置放大器4与激光种子源2连接，所述主放大器与5输出机构3连接，所述输出机构3可为光学谐波输出系统或分光输出系统。所述前置放大器4可以为一级或者顺次设置的多级放大器。

实施例2

本实施例提供一种快速开关脉冲激光器，如图2所示，所述脉冲激光器包括主振荡功率放大器(主振荡器的功率放大器，mopa)，所述主振荡功率放大器包括顺次连接的切换控制器1、激光种子源2、激光放大组件和输出机构3，其中，所述切换控制器包括门信号(gate信号)控制单元。

本实施例中，所述激光种子源2为连续和脉冲切换激光种子源，所述门信号控制单元为连续和脉冲转换器，所述输出机构3为光学谐波输出系统，使得所述快速开关脉冲激光器为谐波激光器，具体地，所述连续和脉冲切换激光种子源为可以直接进行脉冲调制的半导体激光器。

进一步地，所述激光放大组件包括顺次连接的前置放大器4和主放大器5，所述前置放大器4与激光种子源2连接，所述主放大器与5与输出机构3连接，本实施例中，主放大器5输出的红外(ir)信号传输至谐波输出系统后输出。所述前置放大器4可以为一级或者顺次设置的多级放大器，所述谐波激光器的调节波形图如图3所示。

进一步地，激光经过所述的激光放大组件放大后的激光输出经过谐波转换系统，在gate高电平时的脉冲激光由于峰值功率高可以实现高效率的谐波转换，从而输出较强的激光谐波；而在gate为低电平时的连续激光由于峰值功率低其谐波转换效率也相应很低，其输出的激光谐波较弱，不会对激光加工造成影响。

实施例3

本实施例提供一种快速开关脉冲激光器，如图4所示，所述脉冲激光器包括主振荡功率放大器(主振荡器的功率放大器，mopa)，所述主振荡功率放大器包括顺次连接的激光种子源2、切换控制器1、激光放大组件和输出机构3，其中，所述切换控制器包括门信号(gate信号)控制单元。

本实施例中，所述激光种子源2为激光脉冲种子源，所述输出机构3为双色分光镜，使得所述快速开关脉冲激光器为基频/ir激光器。所述切换控制器1除门信号控制单元10外，还包括包括声光调制器(aom)11、连续输出的单模激光器12和耦合器13，所述门信号控制单元10与声光调制器11和连续输出的单模激光器12连接，向连续输出的单模激光器12和声光调制器11发送控制信号，对二者起到信号控制的作用，所述耦合器13与所述连续输出的单模激光器12、声光调制器(aom)11连接，所述声光调制器11与所述脉冲种子源2连接。所述耦合器13同时还与激光放大组件连接，所述激光放大组件包括顺次连接的前置放大器4和主放大器5，所述前置放大器4与所述耦合器13连接，所述主放大器5与输出机构3连接，所述前置放大器4可以为一级或者顺次设置的多级放大器，所述输出机构3为双色分光镜。

具体地，所述激光脉冲种子源为飞秒振荡器、皮秒振荡器或直接调制的纳秒振荡器中的任一种。

进一步地，当gate信号分别控制连续输出(cw)的单模激光器12输出和声光调制器(aom)11输出：当gate信号为高电平时，脉冲激光通过aom输出、cw单模激光器不出光；当gate信号为低电平时，脉冲激光被aom挡住而连续(cw)激光通过耦合器输出。从耦合器13输出的脉冲与连续切换的信号光再通过前置放大器4、主放大器5后输出大功率激光。放大器激光输出通过双色分光镜分开连续(cw)激光和脉冲激光。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。