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CN112003122B - 一种声光调q的亚纳秒红外固体激光器及其控制方法 - Google Patents

一种声光调q的亚纳秒红外固体激光器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器，包括：激光源和激光谐振腔；激光谐振腔包括：谐振光路和声光Q开关Q1；激光源输出的激光经过谐振光路后产生谐振光输出至声光Q开关，声光Q开关产生激光脉冲后输出；该激光谐振腔结构简单小巧，通过较短的光学谐振腔和小的光斑尺寸，在仅通过声光调Q的条件下可获得小于6ns的亚纳秒激光脉冲，为更高功率的亚纳秒红外/绿光激光器提供了优异的种子激光。

Description

一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器及其控制方法
技术领域
本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器及其控制方法。
背景技术
常规声光调Q的纳秒固体激光器脉冲宽度范围在10-100纳秒量级，对于要求稍高的脆性材料加工无法满足要求，而皮秒激光器在成本上没有优势且性能过剩。
在此背景下，产生了对于亚纳秒激光器的应用需求，特别是亚纳秒的532nm绿光激光器。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器，解决现有技术中缺少亚纳秒激光器的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器，包括：激光源和激光谐振腔；
所述激光谐振腔包括：谐振光路和声光Q开关Q1；
所述激光源输出的激光经过所述谐振光路后产生谐振光输出至声光Q开关，所述声光Q开关产生激光脉冲后输出。
一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，主控系统控制半导体模块发光，同时水冷系统工作，温控系统维持半导体模块温度稳定；
步骤2，半导体模块发出的泵浦光经过所述准直系统，聚焦到所述激光晶体的端面，使所述激光晶体吸收后产生自发辐射，逐渐形成稳定的谐振光；
步骤3，通过调整半导体模块的输出功率，匹配所述激光谐振腔的工作状态使所述激光谐振腔处在设定的最佳工作模式；
步骤4，通过所述声光Q开关驱动器进行脉冲调制，获得小于6ns的亚纳秒激光脉冲。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器及其控制方法，激光谐振腔结构简单小巧，通过较短的光学谐振腔和小的光斑尺寸，在仅通过声光调Q的条件下可获得小于6ns的亚纳秒激光脉冲，为更高功率的亚纳秒红外/绿光激光器提供了优异的种子激光。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述谐振光路包括准直系统、平凸镜M1和激光晶体C1；所述激光源输出的激光方向为入射光路方向，所述准直系统、平凸镜M1和激光晶体C1设置在所述入射光路上；
所述激光经过所述准直系统准直后射入所述平凸镜M1的平面，所述激光晶体C1设置在所述平凸镜M1的凸面和所述声光Q开关Q1之间。
进一步，所述准直系统包括平行设置的透镜F1和透镜F2。
进一步，所述激光谐振腔还包括设置在声光Q开关Q1远离所述谐振光路端的平面全反镜M2。
进一步，所述激光晶体C1为3*3*8mm激光晶体，沿激光方向有效长度为8mm；所述激光源输出的激光直径小于400um。
进一步，所述激光源包括主控电路、半导体模块、半导体模块驱动电路、Q驱动器控制电路、声光Q开关驱动器和高精度温度控制电路；所述主控电路控制连接所述半导体模块驱动电路、AOM控制电路和高精度温度控制电路；
所述半导体模块驱动电路输出所需的直流信号驱动所述半导体模块发出泵浦光；
所述Q驱动器控制电路输出控制信号作用于所述声光Q开关驱动器，所述声光Q开关驱动器输出对应的射频信号作用在所述声光Q开关Q1上通过超声波场的衍射效应实现对所述激光谐振腔输出的脉冲模式进行调制，产生所需频率的激光脉冲；
所述高精度温控系统用于对所述半导体模块和所述谐振光路进行温度控制。
进一步，所述激光器还包括水冷却系统，所述水冷却系统包括覆盖所有热源的井字形水道。
采用上述进一步方案的有益效果是：平凸镜M1和平面全反镜M2组成直线型两镜激光谐振腔，结构简单小巧，得到较短的光学谐振腔，例如该激光谐振腔腔长可以为40mm；激光晶体C1为短激光晶体。激光源输出的激光直径小于400um，在此条件下使用80MHz声光Q开关进行调Q，在50KHz-100KHz范围内可获得小于6ns的激光脉冲；水冷却系统由外部水冷机提供恒温循环洁净水，通过激光器内按实际工况布置的水道对激光器金属结构、激光晶体、声光Q开关、Q驱动器、LD模块、电路板进行散热。
附图说明
图1为本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器的激光谐振腔的实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器的控制方法的实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器，包括：激光源和激光谐振腔。
激光谐振腔包括：谐振光路和声光Q开关Q1。
激光源输出的激光经过谐振光路后产生谐振光输出至声光Q开关，声光Q开关产生激光脉冲后输出。
本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器，激光谐振腔结构简单小巧，通过较短的光学谐振腔和小的光斑尺寸，在仅通过声光调Q的条件下可获得小于6ns的亚纳秒激光脉冲，为更高功率的亚纳秒红外/绿光激光器提供了优异的种子激光。
实施例1
如图1所示为本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器的激光谐振腔的实施例的结构示意图，由图1可知，该激光器的实施例包括：激光源和激光谐振腔。
激光谐振腔包括：谐振光路和声光Q开关Q1。
激光源输出的激光经过谐振光路后产生谐振光输出至声光Q开关，声光Q开关产生激光脉冲后输出。
本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器，激光谐振腔结构简单小巧，通过较短的光学谐振腔和小的光斑尺寸，在仅通过声光调Q的条件下可获得小于6ns的亚纳秒激光脉冲，为更高功率的亚纳秒红外/绿光激光器提供了优异的种子激光。
进一步的，谐振光路包括准直系统、平凸镜M1和激光晶体C1；激光源输出的激光方向为入射光路方向，准直系统、平凸镜M1和激光晶体C1设置在入射光路上。
激光经过准直系统准直后射入平凸镜M1的平面，激光晶体C1设置在平凸镜M1的凸面和声光Q开关Q1之间；平凸镜M1的凸面作为谐振腔镜面，用于补偿激光晶体C1的热透镜。
具体的，准直系统包括平行设置的透镜F1和透镜F2。
优选的，激光谐振腔还包括设置在声光Q开关Q1远离谐振光路端的平面全反镜M2，平面全反镜M2作为谐振腔的一个尾镜，可用于调整光学谐振腔。
通过该结构简单小巧的直线型两镜激光谐振腔，得到较短的光学谐振腔，例如该激光谐振腔腔长可以为40mm。
优选的，激光晶体C1为3*3*8mm激光晶体，沿激光方向有效长度为8mm,激光源输出的激光直径小于400um。
在此条件下使用80MHz声光Q开关进行调Q，在50KHz-100KHz范围内可获得小于6ns的激光脉冲。
优选的，该激光源包括主控电路、半导体模块、半导体模块驱动电路、Q驱动器控制电路、声光Q开关驱动器和高精度温度控制电路；主控电路控制连接半导体模块驱动电路、AOM控制电路和高精度温度控制电路；主控电路主要功能是监控及控制系统各部分工作状态。
半导体模块驱动电路输出所需的直流信号驱动半导体模块发出泵浦光；该泵浦光为激光晶体C1受激辐射的光源，泵浦光功率可由驱动电源直接控制。
Q驱动器控制电路输出控制信号作用于声光Q开关驱动器，声光Q开关驱动器输出对应的射频信号作用在声光Q开关Q1上通过超声波场的衍射效应实现对激光谐振腔输出的脉冲模式进行调制，产生所需频率的激光脉冲。
高精度温控系统用于对半导体模块和谐振光路进行温度控制，维持温度稳定范围不超过正负0.1度，并且可由串口与主控板进行通信以实现实时温度监控和控制。
优选的，该激光器还包括水冷却系统，水冷却系统包括覆盖所有热源的井字形水道。水冷却系统由外部水冷机提供恒温循环洁净水，通过激光器内按实际工况布置的水道对激光器金属结构、激光晶体、声光Q开关、Q驱动器、LD模块、电路板进行散热。
实施例2
本发明提供的实施例2为本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器的激光谐振腔的控制方法的实施例，该如图2所示为本发明提供的一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器的控制方法的实施例的流程图，由图2可知，该控制方法的实施例包括：
步骤1，主控系统控制半导体模块发光，同时水冷系统工作，温控系统维持半导体模块温度稳定。
步骤2，半导体模块发出的泵浦光经过准直系统，聚焦到激光晶体的端面，使激光晶体吸收后产生自发辐射，逐渐形成稳定的谐振光。
步骤3，通过调整半导体模块的输出功率，匹配激光谐振腔的工作状态使激光谐振腔处在设定的最佳工作模式；如功率/稳定性，光学模式为TEM00基模。
步骤4，通过声光Q开关驱动器进行脉冲调制，获得小于6ns的亚纳秒激光脉冲。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种声光调Q的亚纳秒红外固体激光器，其特征在于，所述激光器包括：激光源和激光谐振腔；
所述激光谐振腔包括：谐振光路和声光Q开关Q1；
所述激光源输出的激光经过所述谐振光路后产生谐振光输出至声光Q开关，所述声光Q开关产生激光脉冲后输出；
所述谐振光路包括准直系统、平凸镜M1和激光晶体C1；所述激光源输出的激光方向为入射光路方向，所述准直系统、平凸镜M1和激光晶体C1设置在所述入射光路上；
所述激光经过所述准直系统准直后射入所述平凸镜M1的平面，所述激光晶体C1设置在所述平凸镜M1的凸面和所述声光Q开关Q1之间；
所述激光谐振腔还包括设置在声光Q开关Q1远离所述谐振光路端的平面全反镜M2；
所述激光晶体C1为3*3*8mm激光晶体，沿激光方向有效长度为8mm；所述激光源输出的激光直径小于400um；
使用80MHz声光Q开关进行调Q，在50KHz-100KHz范围内获得小于6ns的激光脉冲；
激光谐振腔腔长为40mm。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述准直系统包括平行设置的透镜F1和透镜F2。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光源包括主控电路、半导体模块、半导体模块驱动电路、Q驱动器控制电路、声光Q开关驱动器和高精度温度控制电路；所述主控电路控制连接所述半导体模块驱动电路、AOM控制电路和高精度温度控制电路；
所述半导体模块驱动电路输出所需的直流信号驱动所述半导体模块发出泵浦光；
所述Q驱动器控制电路输出控制信号作用于所述声光Q开关驱动器，所述声光Q开关驱动器输出对应的射频信号作用在所述声光Q开关Q1上通过超声波场的衍射效应实现对所述激光谐振腔输出的脉冲模式进行调制，产生所需频率的激光脉冲；
所述高精度温度控制电路用于对所述半导体模块和所述谐振光路进行温度控制。
4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括水冷却系统，所述水冷却系统包括覆盖所有热源的井字形水道。
5.一种根据权利要求3所述的激光器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，主控系统控制半导体模块发光，同时水冷系统工作，温控系统维持半导体模块温度稳定；
步骤2，半导体模块发出的泵浦光经过所述准直系统，聚焦到所述激光晶体的端面，使所述激光晶体吸收后产生自发辐射，逐渐形成稳定的谐振光；
步骤3，通过调整半导体模块的输出功率，匹配所述激光谐振腔的工作状态使所述激光谐振腔处在设定的最佳工作模式；
步骤4，通过所述声光Q开关驱动器进行脉冲调制，获得小于6ns的亚纳秒激光脉冲。
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