一种脉冲时序可调控的激光产生装置

本发明属于激光器，涉及一种脉冲时序可调控的激光产生装置，特别是指一种在激光振荡时能够控制产生的激光脉冲串的个数、各脉冲串之间的时序的激光器技术，上述特征的激光脉冲串可以通过编程控制，是具有结构紧凑、易集成、具可拓展性的激光器。

背景技术：

1、二极管泵浦的固体激光器（dpssl）在实现大脉冲能量和高重复频率输出方面是目前最有效的激光技术，主要应用于：激光加工、激光诊断、光电对抗以及远距离激光雷达等领域。由于高重复频率激光脉冲和激光脉冲输出能量提升存在相互制约关系，因此脉冲串激光脉冲输出工作模式被提出，并被应用于实际中，其最大优点是：在保证平均功率不变的同时，兼顾脉冲串内子脉冲高重频和高能量的输出。

2、脉冲泵浦调q法作为脉冲串输出的主流方式之一，具有热效应低、结构简单、腔内调节从而大幅提高腔内能量利用率等的优势。

3、激光振荡器中是利用泵浦源对激光增益介质进行泵浦产生粒子数反转，其中，泵浦源发射谱的中心波长和带宽与激光介质吸收谱的中心波长和带宽相对应，以使激光介质获得最佳的泵浦光吸收效率。对于一种增益介质，通常有多个不同波长的增益吸收谱带，例如：nd:yag激光介质则有中心波长分别为808nm和885nm的增益吸收光谱带。传统的脉冲串激光通常采用的泵浦源发射光谱的中心波长对应于激光介质的某一个增益吸收波长，激光腔内使用调q器件产生连续输出激光脉冲序列，通过调节后续的激光脉冲放大器的泵浦脉宽和频率以实现脉冲串激光的控制输出，因此，激光器系统输出的周期脉冲串中通常仅包含有一个单一特性的脉冲串，限制了脉冲串激光在精密激光加工制造、激光材料处理等领域中的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种脉冲时序可调控的激光产生装置，具有结构紧凑、易集成、可拓展性的时域可编程控制脉冲串工作模式的优点。

2、本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

3、一种脉冲时序可调控的激光产生装置，包括，时序控制器、驱动电源、泵浦源、光束准直整形透镜组、合束器、耦合透镜组、激光腔镜、激光介质、调q开关、激光输出耦合镜。

4、时序控制器的输出端口与驱动电源的输入端口相连，用于生成触发信号，并将触发信号发送到驱动电源，用于控制泵浦源；其中，驱动电源采用脉冲式驱动电源；触发信号为脉冲电信号，包括泵浦触发信号和调q触发信号。

5、时序控制器的输出端口有多个，可以同时产生多个触发信号，与多个驱动电源的输入端口相连，将每个触发信号发送到对应的驱动电源，每个驱动电源连接一个泵浦源，驱动电源根据接收到的触发信号作用于对应的泵浦源；每个泵浦源对应一个光束准直整形透镜组，各个光束准直整形透镜组共同对应一个合束器，合束器与耦合透镜组、激光腔镜、激光介质、调q开关、激光输出耦合镜依次安装在机体内。

6、驱动电源，用于根据接收到的触发信号，作用于泵浦源。

7、进一步的，时序控制器周期性地向驱动电源发送同步触发信号，同步输出信号具有脉宽可调、频率可调的特点，令驱动电源对泵浦源的作用时间存在延时，并且时间间隔可调。

8、进一步的，时序控制器可以是多通道信号发生器，也可以是通过现场可编程逻辑门阵列（field programmable gate array，简称fpga）设计的电路。时序控制器还连接有温度控制装置，用于对泵浦源的温度进行监测控制。

9、进一步的，泵浦源为形成长脉冲泵浦脉冲的泵浦源。对于一种增益介质，通常有多个不同波长的增益吸收谱带，因此泵浦源可为多个不同波长的泵浦源或多个同一波长的泵浦源，并且泵浦源可具有不同的偏振态，泵浦源可以对其偏振态进行一定程度的改变。泵浦源，用于执行泵浦触发信号的控制指令，将泵浦脉冲作用到激光介质中。

10、进一步的，光束准直整形透镜组可由球面透镜、非球面透镜、柱面镜、平面镜等多种透镜进行组合。其中，每一路泵浦源对应一种光束准直整形透镜组。光束准直整形透镜组的进光侧设置在泵浦源的出光侧之后，用于对泵浦脉冲激光进行光束整形，通过透镜组整形后形成准直光，从而提高通光效率，减小光束发散角。光束准直透镜组一般由一些具有不同折射率和曲率的透镜组成，这些透镜根据其曲率和位置的不同，对泵浦光束进行聚焦和调制，从而保证光束在传输过程中的均匀性和稳定性。

11、进一步的，合束器将经光束准直整形透镜组整形准直好的来自不同方向的多路泵浦光脉冲合成一路激光，转化为单一的，具有准确方向的光束。合束器的类型是根据泵浦源的特征来进行选择的。当合束器为色散元件时，可以为棱镜、布儒斯特角棱镜、衍射光栅、反射光栅、具有不对称性结构的晶体等具备色散能力的光学元件，将来自不同方向的不同波长的泵浦光合并在一路通光方向，在实际应用中，可按需组合，这取决于需要分离的泵浦波长范围、折射率、反射率、衍射效率和精度等问题；当合束器为光纤合束器时，利用光纤的折射和全反射，将来自不同方向的泵浦光耦合在一起，并通过光纤的尾部传输；当合束器为偏振分光器时，可以为偏振分束棱镜、光纤耦合输出偏振分（合）束器等，能够将不同方向的不同偏振态的泵浦光合并在一路光通道输出；当合束器为前后表面分别镀对应泵浦波长的高透和高反膜的45°二向色镜时，可以将不同方向的不同波长的泵浦光合并在同一光路中输出。

12、进一步的，耦合透镜组的进光侧设置在泵浦合束器的出光侧之后，用于对入射到激光介质的泵浦脉冲激光进行准直和尺寸调整，以使得泵浦脉冲激光调整后的尺寸和激光谐振腔中的激光基模进行匹配。耦合透镜组包括凸透镜和凹透镜，可为凸透镜和凸透镜组合，或凸透镜和凹透镜组合。

13、进一步的，激光腔镜，用于透射泵浦光，并对激光介质产生的激光进行反射。

14、进一步的，激光介质，根据泵浦触发信号，用于为泵浦脉冲提供增益区域。激光介质包含但不限于晶体材料，也可以可为单掺、键合或者胶合稀土离子的激光晶体、玻璃、陶瓷、光纤，染料，钛蓝宝石等。

15、进一步的，调q开关，根据调q触发信号，用于对增益后振荡的泵浦脉冲激光进行调q，从而获得脉冲串激光输出。

16、进一步的，激光输出耦合镜，用于透射激光介质产生的激光，并对泵浦光进行反射。

17、进一步的，泵浦源在时序控制器的作用下，多个泵浦源对激光介质的泵浦存在延时，对应产生的脉冲串激光也存在延时，脉冲串激光间的时间间隔由泵浦源间的时间间隔决定。

18、进一步的，泵浦源在时序控制器的内设预置算法下，通过对泵浦源的工作周期、占空比、同步时序的控制，从而对输出脉冲串激光中的子脉冲个数、子脉冲间的脉冲延时等进行编程控制，最终实现脉冲激光的输出任意可调目的。

19、本发明与现有技术相比具有以下优点：

20、1.本发明结构紧凑，设计合理，易集成，时序可编程控制脉冲串工作模式。

21、2.本发明为可拓展波长脉冲泵浦调q脉冲串激光器，能够突破脉冲串激光时序难以精确控制的问题。

22、3.本发明可通过增加电调制信号的时间和序列调节功能，对多个不同波长的泵浦源或多个同一波长的泵浦源进行分时脉冲泵浦，激光腔内使用调q器件产生多个激光脉冲序列，能够突破脉冲串激光时序难以精确控制的问题，从而进一步实现脉冲串内子脉冲的间隔分布的精确控制。

23、4.本发明可有效地拓展脉冲串激光器的应用领域。

24、本发明的脉冲串激光器是采用多个不同波长的泵浦源或多个同一波长的泵浦源进行分时脉冲泵浦，激光腔内使用调q器件产生多个激光脉冲序列，且各序列时序可以控制。该种脉冲时序可调控激光器通过调整激光的时间间隔、脉冲宽度、重复频率等参数，可以获得更加准确和高效的激光输出，并用于多种研究和应用领域中，例如：在材料加工和制造领域可用于微加工、表面改性等方面；在激光显示、光通信等领域，可用于提高分辨率和通信带宽；在生命科学和医学领域，可用于拍摄高速动态变化的生物体系，如心脏等，还可用于剥离、光疗、切割和分析等方面；此外，对于光学测量和光电子学领域以及研究太赫兹时域光学等具有重要应用价值。