一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器及补偿方法与流程

1.本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器及补偿方法。


背景技术：

2.常规的低重频激光器为了提高电光转换效率多采用脉冲泵浦技术，脉冲泵浦技术在激光器工作时泵浦光不是连续输出的而是阶段性的脉冲工作。由于其可以在保证相同输出能量时工作时间占空比较低，所以其总的电光转换效率很高，同时也减少了废热的产生，降低了散热系统的功率。
3.由于增益介质的储能特性，只有在泵浦系统工作一定时间后增益介质内的储能才能达到最大值，这是激光器输出激光经过增益介质才能获得最大的输出能量。根据这一特性脉冲泵浦的激光器在使用时需要提供两个时序信号，第一信号为泵浦系统的触发信号，第二信号为出光信号。泵浦系统再接收到第一信号后开始提供泵浦光，当增益介质吸收泵浦光储能到最大时激光器的输出模块接收到第二信号输出激光，输出激光经过增益介质提取储能输出放大后的激光脉冲。为了保证最终输出的激光脉冲能量达到最大且每次输出的能量相对稳定，我们必须保证第二信号和第一信号之间有一个固定延时t，如图1所示，即第二信号在增益介质储能最大时输出。当两个触发信号由激光器提供时两个信号是时序关系是可控，在很多实际应用时为了精准的控制激光出光时刻和系统其它器件配合，激光器需要在外触发状态下工作，即激光器工作的两个时序信号由外部系统给出已达到和其他设备同步的效果。
4.但是在一些特定的应用场景下无法提供两个延时固定的信号，这样整个激光器系统就无法保证稳定的能量输出了。比如在特定的高速运动物体测试中，系统使用激光将被测物体照亮再通过相机拍摄被测物体的运动状态，由于被测物体到达相机的拍摄区域的时间无法确定，在实际拍摄时系统先在拍摄区域前增加探测器探测被测物到达该位置的时刻，探测到后将信号传给系统控制器，控制器再控制激光器和相机进行拍照。如果物体的速度很快，探测器和拍照位置的距离又没有足够远时，被测物体从探测器位置到拍摄位置的运动时间小于150us时，普通的nd:yag激光器就无法达到最高的能量输出，同时被测物体的速度是不确定的，导致给出触发信号到拍摄的时间间隔也是不确定了，再次降低了激光器的输出稳定性。
5.有鉴于此，急需对现有的脉冲泵浦激光器进行改进，在外部系统无法提供两个有固定延时的触发信号的情况下仍可以精确控制输出激光脉冲时刻的使用需求。


技术实现要素：

6.本发明公开一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器及补偿方法，用于解决现有技术中，外部系统无法提供两个有固定延时的触发信号的情况下无法精确控制输出激光脉冲时刻的问题。
7.为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：提供一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，包括：外部时序模块、激光泵浦模块、激光输出模块和激光放大器；所述外部时序模块能够分别给所述激光泵浦模块和激光输出模块发出第一信号和第二信号；所述激光泵浦模块被设置为：接收所述第一信号，向所述激光放大器提供泵浦能量；所述激光输出模块被设置为：接收所述第二信号；所述第一信号和第二信号之间的具有最佳延时；所述第一信号和第二信号之间具有时间抖动；所述第一信号和第二信号之间的信号间隔时间满足函数；根据所述信号间隔时间对所述激光泵浦模块向所述激光放大器提供泵浦能量的泵浦时间进行调节，所述泵浦时间大于所述信号间隔时间。
8.在上述方案中，所述激光放大器的增益介质在接收到所述第一信号后的时刻达到最大，且在之后的所述泵浦时间段内所述增益介质为过饱和状态。
9.在上述方案中，所述泵浦时间为+2。
10.在上述方案中，所述第一信号和第二信号的时间间隔为+。
11.在上述方案中，所述第一信号和第二信号的实际信号间隔时间满足函数：。
12.在上述方案中，所述激光输出模块接收所述第二信号后被设置为：输出激光脉冲，所述激光脉冲经过所述激光放大器后能量放大并输出。
13.在上述方案中，所述激光泵浦模块包括脉冲半导体泵浦电源。
14.在上述方案中，所述激光输出模块包括脉冲振荡器。
15.在上述方案中，所述增益介质包括nd:yag晶体。
16.本发明还提供了一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器的方法，包括：外部时序模块分别给激光泵浦模块和激光输出模块发出第一信号和第二信号；所述激光泵浦模块接收所述第一信号，向激光放大器提供泵浦能量；所述激光输出模块接收所述第二信号；获取所述第一信号和第二信号之间的最佳延时；获取所述第一信号和第二信号之间的时间抖动；计算所述第一信号和第二信号之间的信号间隔时间满足函数；根据所述信号间隔时间对所述激光泵浦模块向所述激光放大器提供泵浦能量的泵浦时间进行调节，所述泵浦时间大于所述信号间隔时间。
17.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
将激光器的泵浦时间进行延长至+2，保证增益介质在时刻以后的2时间内保持储能最大位置，并且将第一信号和第二信号之间的信号间隔时间为，避免了第一信号和第二信号之间的信号抖动影响实际的第一信号和第二信号之间的间隔时间，保证了第二信号在第一信号的增益介质储能最大时输出。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为现有技术中第一信号和第二信号的脉冲泵浦激光器外触发时序关系波形图；图2为本发明实施例1公开的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器的第一信号和第二信号的外触发信号抖动补偿脉冲泵浦激光器外触发时序关系波形图；图3为本发明实施例1公开的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器；图4为本发明实施例4公开的灯泵浦的nd:yag振荡器系统的结构示意图。
19.具体包括下述附图标记：外部时序模块-10；激光泵浦模块-20；激光输出模块-30；激光放大器-40；外部时序发生器-51；脉冲氙灯泵浦电源-52；后腔镜-53；q开关-54；起偏器-55；脉冲氙灯-56；nd:yag晶体-57；输出镜-58。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1如图2和3所示，本发明提供的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，包括：外部时序模块10、激光泵浦模块20、激光输出模块30和激光放大器40；外部时序模块10能够分别给激光泵浦模块20和激光输出模块30发出第一信号和第二信号；激光泵浦模块20被设置为：接收第一信号，向激光放大器提供泵浦能量；激光输出模块30被设置为：接收第二信号；第一信号和第二信号之间的具有最佳延时；第一信号和第二信号之间具有时间抖动；第一信号和第二信号之间的信号间隔时间满足函数；根据信号间隔时间对激光泵浦模块20向激光放大器40提供泵浦能量的泵浦时间进行调节，泵浦时间大于信号间隔时间。
22.本实施例优选的，激光放大器40的增益介质在接收到第一信号后的时刻达到最大，且在之后的泵浦时间段内增益介质为过饱和状态。保证了增益介质的储能一直处在最大位置，以确保激光脉冲的输出能量是最高的，且能量稳定性处于正常状态。
23.本实施例优选的，泵浦时间为+2。第一信号和第二信号的时间间隔为+，由于第一信号和第二信号之间具有时间抖动，即实际的第一信号和第二信号之间的间隔时间相对于理论上有的误差。
24.因此，第一信号和第二信号的实际信号间隔时间满足函数：。
25.保证了激光器的输出模块30接收到第二信号时激光泵浦模块20至少工作了t1的时间，从而保证增益介质的储能处在最大状态，以确保激光脉冲的输出能量是最高的，且能量稳定性依然处在正常状态。
26.本实施例优选的，激光输出模块30接收第二信号后被设置为：输出激光脉冲，激光脉冲经过激光放大器40后能量放大并输出。
27.实施例2本发明还提供了一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器的方法，包括：外部时序模块分别给激光泵浦模块和激光输出模块发出第一信号和第二信号；激光泵浦模块接收第一信号，向激光放大器提供泵浦能量；激光输出模块接收第二信号；获取第一信号和第二信号之间的最佳延时；获取第一信号和第二信号之间的时间抖动；计算第一信号和第二信号之间的信号间隔时间满足函数；根据信号间隔时间对激光泵浦模块向激光放大器提供泵浦能量的泵浦时间进行调节，泵浦时间大于信号间隔时间。
28.实施例3本实施例以半导体泵浦的nd:yag放大器系统为例，进行说明：本实施例中，外部时序模块为外部时序发生器，激光泵浦模块为脉冲半导体泵浦电源，激光输出模块为脉冲振荡器，激光放大器为半导体泵浦nd:yag放大器。
29.具体的，外部时序发生器为nd:yag放大器系统提供同步时序触发信号分别为第一信号和第二信号；脉冲半导体泵浦电源，接受第一信号，为nd:yag放大器的脉冲半导体模块提供泵浦能量；脉冲振荡器，接受第二信号，输出脉冲激光；半导体泵浦nd:yag放大器，接收到脉冲半导体泵浦电源的泵浦能量后，脉冲半导体提供泵浦光给增益介质nd:yag晶体，nd:yag晶体在吸收泵浦光后积攒放大能量，当脉冲振荡器发出的脉冲激光通过半导体泵浦nd:yag放大器后提取出nd:yag晶体内的储能，从而获得更大能量的脉冲激光。
30.本实施例帐中nd:yag晶体的上能态寿命为240us，正常情况下半导体泵浦nd:yag放大器在接收到250us的泵浦能量后储能达到最大，此时脉冲振荡器发出激光脉冲，经过半导体泵浦nd:yag放大器后获得最大的放大效率。在外部时序发生器可能出现的最长脉冲抖动时间为t时，半导体泵浦电源在接收到外部时序发生器发出的第一信号后提供250us+2t 时长的泵浦输出，从而保证半导体泵浦nd:yag放大器在外部时序发生器发出第一信号后的
250us到250us+2t的时间内其储能均处在最大的状态。与此同时，外部时序发生器在第一信号发出后的250us到250us+2t之间的任意时间给出第二信号到元器件脉冲振荡器输出激光脉冲，使得整套的nd:yag放大器均能获得最大的激光放大能量。
31.实施例4如图4所示，以灯泵浦的nd:yag振荡器系统为例，进行说明：本实施例中包括：外部时序发生器51，为nd:yag振荡器系统提供同步时序触发信号；脉冲氙灯泵浦电源52，泵浦放电脉宽为且可调，为nd:yag振荡器的泵浦源氙灯提供泵浦能量；后腔镜53；q开关54；起偏器55；脉冲氙灯56，为nd:yag晶体57提供泵浦光；nd:yag晶体57，用于吸收脉冲氙灯56的泵浦光，积累上能态反转粒子；输出镜58。外部时序发生器51在时刻发出触发信号给脉冲氙灯泵浦电源52，脉冲氙灯56工作，给nd:yag晶体57提供泵浦能量。当经过250us至之间任意时刻后，外部时序发生器51为q开关54提供调q触发信号，q开关54开始调q，此时nd:yag晶体57经过250us以上的泵浦时间后，其上能态粒子数一直处在最大状态，积攒的上能态粒子通过后腔镜53和输出镜58组成的谐振腔开始振荡，最终形成稳定的激光脉冲输出。
32.本发明将激光器的泵浦时间进行延长至+2，保证增益介质在时刻以后的2时间内保持储能最大位置，并且将第一信号和第二信号之间的信号间隔时间为，避免了第一信号和第二信号之间的信号抖动影响实际的第一信号和第二信号之间的间隔时间，保证了第二信号在第一信号的增益介质储能最大时输出。
33.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，包括：外部时序模块、激光泵浦模块、激光输出模块和激光放大器；所述外部时序模块能够分别给所述激光泵浦模块和激光输出模块发出第一信号和第二信号；所述激光泵浦模块被设置为：接收所述第一信号，向所述激光放大器提供泵浦能量；所述激光输出模块被设置为：接收所述第二信号；所述第一信号和第二信号之间的具有最佳延时；所述第一信号和第二信号之间具有时间抖动；所述第一信号和第二信号之间的信号间隔时间满足函数；根据所述信号间隔时间对所述激光泵浦模块向所述激光放大器提供泵浦能量的泵浦时间进行调节，所述泵浦时间大于所述信号间隔时间。2.根据权利要求1所述的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，所述激光放大器的增益介质在接收到所述第一信号后的时刻达到最大，且在之后的所述泵浦时间段内所述增益介质为过饱和状态。3.根据权利要求1所述的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，所述泵浦时间为+2。4.根据权利要求3所述的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，所述第一信号和第二信号的时间间隔为+。5.根据权利要求3所述的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，所述第一信号和第二信号的实际信号间隔时间满足函数：。6.根据权利要求1所述的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，所述激光输出模块接收所述第二信号后被设置为：输出激光脉冲，所述激光脉冲经过所述激光放大器后能量放大并输出。7.根据权利要求1所述的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，所述激光泵浦模块包括脉冲半导体泵浦电源。8.根据权利要求1所述的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，所述激光输出模块包括脉冲振荡器。9.根据权利要求2所述的补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器，其特征在于，所述增益介质包括nd:yag晶体。10.一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器的方法，其特征在于，包括：外部时序模块分别给激光泵浦模块和激光输出模块发出第一信号和第二信号；所述激光泵浦模块接收所述第一信号，向激光放大器提供泵浦能量；所述激光输出模块接收所述第二信号；
获取所述第一信号和第二信号之间的最佳延时；获取所述第一信号和第二信号之间的时间抖动；计算所述第一信号和第二信号之间的信号间隔时间满足函数；根据所述信号间隔时间对所述激光泵浦模块向所述激光放大器提供泵浦能量的泵浦时间进行调节，所述泵浦时间大于所述信号间隔时间。

技术总结
本发明公开了一种补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器及补偿方法，其中补偿外触发信号抖动的脉冲泵浦激光器包括：外部时序模块、激光泵浦模块、激光输出模块和激光放大器；外部时序模块分别给激光泵浦模块和激光输出模块发出第一信号和第二信号；激光泵浦模块接收第一信号，向激光放大器提供泵浦能量；激光输出模块接收第二信号；第一信号和第二信号之间的具有最佳延时和时间抖动；第一信号和第二信号之间的信号间隔时间满足函数；根据信号间隔时间对激光泵浦模块向激光放大器提供泵浦能量的泵浦时间进行调节，泵浦时间大于信号间隔时间。本发明保证了第二信号在第一信号的增益介质储能最大时输出。一信号的增益介质储能最大时输出。一信号的增益介质储能最大时输出。


技术研发人员：刘金宇 于海波
受保护的技术使用者：西安卓镭激光技术有限公司 深圳卓镭激光技术有限公司
技术研发日：2023.08.28
技术公布日：2023/10/7