一種激光產(chǎn)生系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及一種激光產(chǎn)生系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光束質(zhì)量是激光定向傳輸能力或聚焦焦斑能量集中程度的量度，是激光器的一項重要技術(shù)性能指標。國際標準化委員會1991年公布了光束質(zhì)量評價標準，即以光束質(zhì)量因子M2評價光束。激光器作為光源，亮度是一個很重要的參數(shù)，其與激光功率成正比，與光束質(zhì)量因子M2的平方成反比。
[0003]獲得高峰值功率脈沖激光輸出一般采用調(diào)Q技術(shù)，而調(diào)Q激光固有的特性是隨著重復(fù)頻率的增加，脈沖寬度也增加，脈沖穩(wěn)定性變差。在高重復(fù)頻率下壓縮脈沖寬度、提高脈沖峰值功率一直是調(diào)Q技術(shù)的難點。在固定重復(fù)頻率下，脈沖時域參數(shù)不可控制。目前廣泛使用的脈沖激光器輸出的激光脈沖時間波形一般是固定的，呈近高斯分布，脈沖寬度一般為數(shù)十納秒(ns，即10_9秒)。脈沖波形不可調(diào)節(jié)，脈沖寬度在預(yù)定重復(fù)頻率下也不可調(diào)節(jié)，這是由激光諧振腔和增益介質(zhì)的物理相互作用決定的，這種特點制約了脈沖激光與物質(zhì)之間相互作用的效果，甚至達不到預(yù)期的效果，這嚴重制約了脈沖激光的應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中光束質(zhì)量控制方法主要采用諧振腔選模以及腔內(nèi)放置選模元件等方式，這些方式效率低下，在高功率情況下不能實現(xiàn)良好的光束質(zhì)量。
[0005]片式電阻刻蝕的激光脈寬可調(diào)控制方法(CN 1350306A，2002.05.22)公開了一種利用可編程脈沖發(fā)生器控制調(diào)Q的YAG激光器的脈寬和頻率的方法，但是受限于調(diào)Q機理，脈沖形狀不可調(diào)節(jié)，其產(chǎn)生的激光沒有達到高亮度高重復(fù)頻率的要求。
[0006]通過組合分離式電氣與光學(xué)調(diào)制器的編程產(chǎn)生指定脈沖波形的激光脈沖(CN102273028A，2011.12.07)公開了一種對產(chǎn)生的脈沖激光外調(diào)制的方法，但其產(chǎn)生的激光沒有達到高亮度高重復(fù)頻率的要求。
[0007]脈沖激光整形系統(tǒng)(US 2009/0323741A1)公開了使用高速數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)來產(chǎn)生特定脈沖波形以驅(qū)動激光器的光調(diào)制器或?qū)⑻囟ǖ拿}沖波形注入激光源的方法。該方法能得到預(yù)定波形的高質(zhì)量激光，但未能提供高亮度解決方案。
[0008]因此，如何獲得高重復(fù)頻率高亮度且特定時域波形的激光成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有技術(shù)中高重復(fù)頻率下脈沖激光寬度大、脈沖穩(wěn)定性差且脈沖波形不可調(diào)節(jié)。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一方面提出了一種激光產(chǎn)生系統(tǒng)，該激光產(chǎn)生系統(tǒng)包括:
[0011]時域可編程脈沖激光器、光纖放大器級、模式匹配器、固體放大器級以及反饋裝置，所述時域可編程脈沖激光器、光纖放大器級、模式匹配器以及固體放大器級依次設(shè)置，所述反饋裝置連接在所述時域可編程脈沖激光器與所述固體放大器級之間；
[0012]所述時域可編程脈沖激光器，用于產(chǎn)生預(yù)設(shè)時域波形的初始脈沖激光；
[0013]所述光纖放大器級，用于將所述時域可編程脈沖激光器產(chǎn)生的初始脈沖激光進行功率放大；
[0014]所述模式匹配器，用于將經(jīng)所述光纖放大器級功率放大的激光與所述固體放大器級中的泵浦光進行模式匹配；
[0015]所述固體放大器級，用于將經(jīng)所述模式匹配器處理后的激光進行功率放大；
[0016]所述反饋裝置，用于發(fā)送反饋信號至所述時域可編程脈沖激光器；
[0017]所述時域可編程脈沖激光器，還用于根據(jù)所述反饋信號對所述初始脈沖激光的時域波形進行調(diào)整，以使所述固體放大器級輸出預(yù)設(shè)時域波形的激光。
[0018]可選地，所述時域可編程脈沖激光器包括計算機、可編程高速脈沖電流電路和激光二極管，所述計算機、可編程高速脈沖電流電路以及激光二極管依次連接，所述計算機根據(jù)用戶輸入的脈沖激光參數(shù)控制所述可編程高速脈沖電流電路產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號，所述激光二極管在所述電流信號的驅(qū)動下產(chǎn)生所述初始脈沖激光，所述計算機還根據(jù)所述反饋信號與預(yù)設(shè)激光波形進行比對，調(diào)整所述可編程高速脈沖電流電路的電流信號。
[0019]可選地，所述反饋裝置包括分束鏡和光電轉(zhuǎn)換器；所述分束鏡，用于將經(jīng)固體放大器級放大的激光分成輸出激光和探測光；所述光電轉(zhuǎn)換器，用于將所述探測光轉(zhuǎn)換成電信號，并將所述電信號發(fā)送至所述時域可編程脈沖激光器。
[0020]可選地，所述光纖放大器級包括至少一個光纖放大器，每個光纖放大器包括泵浦光源、泵浦耦合系統(tǒng)以及光纖。
[0021]可選地，所述光纖放大器的泵浦光源的泵浦方式為連續(xù)式或脈沖式。
[0022]可選地，所述固體放大器級包括至少一個固體放大器，每個固體放大器包括泵浦光源、泵浦耦合系統(tǒng)以及激光增益介質(zhì)。
[0023]可選地，所述固體放大器的泵浦光源的泵浦方式為連續(xù)式或脈沖式。
[0024]可選地，所述固體放大器級包括多個固體放大器，所述固體放大器之間設(shè)有透鏡，所述透鏡用于相鄰固體放大器之間的模式匹配。
[0025]可選地，所述激光產(chǎn)生系統(tǒng)還包括隔離器，所述隔離器設(shè)置在所述時域可編程脈沖激光器與光纖放大器級之間。
[0026]另一方面，本發(fā)明還提出了一種基于上述任一激光產(chǎn)生系統(tǒng)的激光產(chǎn)生方法，該方法包括:
[0027]時域可編程脈沖激光器產(chǎn)生預(yù)設(shè)時域波形的初始脈沖激光，光纖放大器級將所述初始脈沖激光進行功率放大，放大后的激光通過模式匹配器與固體放大器級中的泵浦光進行模式匹配，所述固體放大器級將經(jīng)所述模式匹配器處理后的激光進行功率放大；
[0028]反饋裝置獲取反饋信號，并將所述反饋信號發(fā)送至所述時域可編程脈沖激光器，所述時域可編程脈沖激光器根據(jù)所述反饋信號對所述初始脈沖激光的時域波形進行調(diào)整，以使所述固體放大器級輸出預(yù)設(shè)時域波形的激光。
[0029]通過采用本發(fā)明提出的激光產(chǎn)生系統(tǒng)及方法，解決了高重復(fù)頻率下脈沖激光寬度大、脈沖穩(wěn)定性差且脈沖波形不可調(diào)節(jié)的問題，利用高重復(fù)頻率低亮度的預(yù)設(shè)時域波形的初始脈沖激光，經(jīng)過光纖放大器級、固體放大器級對脈沖激光的功率進行放大，得到高重復(fù)頻率高亮度預(yù)設(shè)時域波形的激光。
【附圖說明】
[0030]通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中:
[0031]圖1示出了本發(fā)明一個實施例的激光產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2示出了本發(fā)明另一個實施例的激光產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。
[0034]圖1示出了本發(fā)明一個實施例的激光產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該激光產(chǎn)生系統(tǒng)包括:時域可編程脈沖激光器1、光纖放大器級2、模式匹配器3、固體放大器級4以及反饋裝置5。時域可編程脈沖激光器1、光纖放大器級2、模式匹配器3以及固體放大器級4依次設(shè)置，所述反饋裝置5連接在時域可編程脈沖激光器I與固體放大器級4之間。
[0035]時域可編程脈沖激光器1，用于產(chǎn)生預(yù)設(shè)時域波形的初始脈沖激光。
[0036]光纖放大器級2，用于將所述時域可編程脈沖激光器產(chǎn)生的初始脈沖激光進行功率放大。
[0037]模式匹配器3，用于將經(jīng)所述光纖放大器級功率放大的激光與所述固體放大器級中的泵浦光進行模式匹配。
[0038]固體放大器級4，用于將經(jīng)所述模式匹配器處理后的激光進行功率放大。
[0039]反饋裝置5，用于發(fā)送反饋信號至所述時域可編程脈沖激光器。
[0040]時域可編程脈沖激光器I還用于根據(jù)所述反饋信號對所述初始脈沖激光的時域波形進行調(diào)整，以使所述固體放大器級輸出預(yù)設(shè)時域波形的激光。
[0041]本發(fā)明實施例中，時域可編程激光脈沖器I依據(jù)預(yù)定激光參數(shù)產(chǎn)生初始脈沖激光，預(yù)定激光參數(shù)包括脈沖形狀、脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖頻率、脈沖個數(shù)、脈沖幅度；光纖放大器級2將初始脈沖激光進行功率放大；放大后的激光經(jīng)過模式匹配器3與固體放大器級中的泵浦光進行模式匹配；固體放大器級4將經(jīng)模式匹配器3處理后的激光進行功率放大；反饋裝置5獲取反饋信號，并將所述反饋信號發(fā)送至?xí)r域可編程激光脈沖器I中；時域可編程激光脈沖器I根據(jù)所述反饋信號對預(yù)定激光參數(shù)進行調(diào)整，以使固體放大器級4輸出預(yù)設(shè)時域波形的激光。
[0042]本發(fā)明實施例提出的激光產(chǎn)生系統(tǒng)，利用高重復(fù)頻率低亮度的預(yù)設(shè)時域波形的初始脈沖激光，經(jīng)過光纖放大器級、固體放大器級對脈沖激光的功率進行放大，得到高重復(fù)頻率高亮度預(yù)設(shè)時域波形的激光。
[0043]圖2示出了本發(fā)明另一個實施例的激光產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該激光產(chǎn)生系統(tǒng)包括:時域可編程脈沖激光器1、光纖放大器級2、模式匹配器3、固體放大器級4以及反饋裝置5。時域可編程脈沖激光器1、光纖放大器級2、模式匹配器3以及固體放大器級4依次設(shè)置，所述反饋裝置5連接在時域可編程脈沖激光器I與固體放大器級4之間。
[0044]本發(fā)明實施例中，時域可編程脈沖激光器I包括計算機11、可編程高速脈沖電流電路12和激光二極管13。
[0045]計算機11根據(jù)用戶輸入的脈沖激光參數(shù)，控制可編程高速脈沖電流電路12產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號以驅(qū)動激光二極管13產(chǎn)生對應(yīng)的初始脈沖激光，所述初始脈沖激光通過尾纖13a輸入到光纖放大器級2中。所述初始脈沖激光還可以通過空間耦合進光纖放大器級2中。其中，所述脈沖激光參數(shù)包括脈沖形狀、脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖頻率、脈沖個數(shù)、脈沖幅度。
[0046]可以理解的是，所述計算機11也可以根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)定的脈沖激