一种脉冲时序可调控的激光产生装置

1.本发明属于激光器技术领域，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：

2.二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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
7.一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。
8.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。
9.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。
10.驱动电源，用于根据接收到的触发信号，作用于泵浦源。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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。
21.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。
22.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。
23.本发明与现有技术相比具有以下优点：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。
24.2.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。
25.3.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。
26.4.本发明可有效地拓展脉冲串激光器的应用领域。
27.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。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术中所需使用的附图进行介绍。
29.图1为传统腔外调制产生脉冲串的激光装置结构示意图；图中，p1-振荡级驱动电源；p2-放大级驱动电源；l1-振荡级泵浦源；l2-放大级泵浦源；c1-振荡级耦合透镜组；c2-放大级耦合透镜组；m1-振荡级腔镜；m2-振荡级输出耦合镜；g1-振荡级增益介质；g2-放大级增益介质；q-调q器件；syn-外控制电路。
30.图2为传统腔外调制产生脉冲串激光的时序关系图；图3为本发明的脉冲泵浦调q法产生脉冲串的激光装置结构示意图；图中，p-脉冲式驱动电源；l-泵浦源；c-耦合透镜组；m1-激光腔镜；g-激光介质；q-调q器件；m2-输出耦合镜。
31.图4为本发明的脉冲泵浦调q法产生脉冲串激光的时序关系图；
图5为本发明的实施例提供的脉冲时序可调控的激光器结构示意图；图中，1-时序控制器；11、21
…
n1-驱动电源；12、22
…
n2-泵浦源；13、23
…
n3-光束准直整形透镜组；2-合束器；3-耦合透镜组；4-激光腔镜；5-激光介质；6-调q器件；7-输出耦合镜。
32.图6为本发明基于脉冲时序可调控的激光器实施例1的结构组成示意图。
33.图7为本发明基于脉冲时序可调控的激光器实施例2的结构组成示意图。
34.图8为本发明基于脉冲时序可调控的激光器实施例3的结构组成示意图。
35.图9为本发明基于脉冲时序可调控的激光器实施例4的结构组成示意图。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，在此本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
37.如前所述，本发明对于一种脉冲时序可调控的激光产生装置的出发点是基于脉冲泵浦调q法对脉冲串激光实现时序可调控，从而设计出一种设计合理、结构紧凑易集成、时序可编程控制脉冲串工作模式的激光器，以满足相关领域的应用需求。
38.图1示出了传统腔外调制产生脉冲串的激光装置具体实施例示意图，包括，p1-振荡级驱动电源；p2-放大级驱动电源；l1-振荡级泵浦源；l2-放大级泵浦源；c1-振荡级耦合透镜组；c2-放大级耦合透镜组；m1-振荡级腔镜；m2-振荡级输出耦合镜；g1-振荡级增益介质；g2-放大级增益介质；q-调q器件；syn-外控制电路，其中：外控制电路syn向振荡级发送触发信号后，振荡级驱动电路p1驱动振荡级泵浦源l1执行泵浦信号的控制指令，产生频率较低脉宽较长的泵浦脉冲，该泵浦脉冲通过振荡级耦合透镜组c1从而改变光斑的尺寸大小，更好的与谐振腔中振荡级增益介质g1中的激光半径进行模式匹配，产生振荡光。调q介质在振荡级泵浦源开始工作之后，通过多次开启调q开关，产生窄脉宽调q激光序列，而这些调q激光序列的频率为泵浦触发信号对应的频率。
39.进一步的，在振荡级产生窄脉冲激光序列之后，通过放大级耦合透镜组c2将放大级泵浦脉冲尺寸调整为与振荡级窄脉冲激光的光斑尺寸一致，然后调整好尺寸的放大级对窄脉冲进行功率放大，从而得到脉冲串模式的窄脉冲。其中，放大级泵浦源l2通过外控制电路syn的控制从而与振荡级泵浦源l1同步，实现最大的泵浦效率。
40.图2示出了传统腔外调制产生脉冲串激光的时序关系图，展示了振荡级调q脉冲序列和放大级脉冲串激光输出时序关系图。可以看出，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腔外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且输出效率较低。
41.图3示出了脉冲泵浦调q法产生脉冲串的激光装置结构示意图，这是一种脉冲泵浦结合腔内调制的高效脉冲串产生方案，包括，p-脉冲式驱动电源；l-泵浦源；c-耦合透镜组；m1-激光腔镜；g-激光介质；q-调q器件；m2-输出耦合镜，其中：泵浦源l在脉冲式驱动电源p的驱动下形成长脉冲泵浦，谐振腔中插入调q介质，通过控制泵浦源的泵浦时间和能量以及调q介质的工作状态，从而实现脉冲串激光的灵活选取。
42.图4为脉冲泵浦调q法产生脉冲串激光的时序关系图，可以看出相比腔外调制脉冲串激光输出，具有脉冲串激光参量灵活可控的优点。
43.无论是传统的腔外调制脉冲串产生方法还是脉冲泵浦调q法产生的脉冲串，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，使得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。
44.图5为本发明实施例提供的脉冲时序可调控的激光器结构示意图，在脉冲泵浦调q法对脉冲串激光灵活选取的基础上，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。其中，1-时序控制器；11、21
…
n1-驱动电源；12、22
…
n2-泵浦源；13、23
…
n3-光束准直整形透镜组；2-合束器；3-耦合透镜组；4-激光腔镜；5-激光介质；6-调q器件；7-输出耦合镜。
45.时序控制器有多个输出端口，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。
46.驱动电源，用于根据接收到的触发信号，作用于泵浦源。驱动电源采用脉冲式驱动电源。
47.时序控制器可以根据预设的规则来生成一系列不同的时序信号，确保电路中的各个部分按照指定的时序来运行。同时，时序控制器1具备多个输出端口，这些端口与驱动电源11、21
…
n1的输入端口相连，用于生成多个触发信号，并将触发信号发送到驱动电源11、21
…
n1，用于控制泵浦源12、22
…
n2。
48.其中，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。时序控制器1周期性地向驱动电源11、21
…
n1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11、21
…
n1对泵浦源12、22
…
n2的作用时间存在延时，并且时间间隔可调。
49.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。
50.泵浦源12、22
…
n2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5中。其中，泵浦源12、22
…
n2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12、22
…
n2可为多个不同波长的泵浦源或多个同一波长的泵浦源，并且其偏振态也可进行改变。泵浦源可具有不同的偏振态。
51.光束准直整形透镜组13、23
…
n3的进光侧设置在泵浦源12、22
…
n2的出光侧之后，用于改善泵浦脉冲激光的聚焦度和横向宽度，从而提高泵浦光的效率和稳定性。其中，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。光束准直整形透镜组可由球面透镜、非球面透镜、柱面镜、平面镜等多种组合。
52.合束器2将经光束准直整形透镜组13、23
…
n3整形准直好的多路泵浦光脉冲合成一路激光。合束器2的类型是根据泵浦源12、22
…
n2的特性来进行选择的。例如：当合束器为色散元件时，可采用棱镜、光栅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；
当合束器为光纤合束器时，光纤可将来自不同方向的泵浦光耦合进一根光纤中输出；由透镜和反射镜组成的自由空间合束器，将分散的泵浦光聚焦在一个点上，从而增强光束的方向性，为同一光路方向输出；偏振分光器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；针对不同波段的泵浦光，通过前后表面分别镀对应波长的高透和高反膜的45
°
二向色镜将不同方向的不同波长的泵浦光合并在同一光路中输出。
53.耦合透镜组3的进光侧设置在泵浦合束器2的出光侧之后，用于对入射到激光介质5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。其中，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。
54.激光腔镜4用于透射泵浦光，并对激光介质5产生的激光进行反射。
55.激光介质5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。
56.调q器件6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。其中，调q器件可为主动调q元件或被动调q介质。
57.输出耦合镜7用于透射激光介质5产生的激光，并对泵浦光进行反射。
58.泵浦源12、22
…
n2在时序控制器1的作用下，泵浦源12、22
…
n2对激光介质5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12、22
…
n2间的时间间隔决定。
59.在时序控制器1的内设预置算法下，通过对泵浦源12、22
…
n2的工作周期、占空比、同步时序进行控制，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控制，最终实现脉冲激光的输出任意可调目的。
60.实施例1：参阅图6，图6是本发明多个不同波长泵浦源泵浦的结合色散元件的脉冲时序可调控的激光器结构示意图。
61.图中，1-时序控制器；11、21、31-驱动电源；12、22、32-泵浦源；13、23、33-光束准直整形透镜组；2-色散元件；3-耦合透镜组；4-激光腔镜；5-激光介质；6-调q器件；7-输出耦合镜。
62.时序控制器1将生成的周期性同步触发信号发送给驱动电源11、21、31，令驱动电源11、21、31对泵浦源12、22、32的作用时间存在延时，并且时间间隔可调，从而控制泵浦源12、22、32。之后泵浦源12、22、32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5中。其中，泵浦源12、22、32为波长不同的脉冲的泵浦源，且增益介质5对这些泵浦波长均可吸收并激射激光。光束准直整形透镜组13、23、33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。色散元件2将经光束准直整形透镜组13、23、33整形准直好的分散的三路不同波长的泵浦光脉冲合成一路激光。色散元件2可为棱镜、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，在实际应用中，可按需组合，不同的色散元件的应用取决于需要分离的波长范围、折射率、反射率、衍射效率和精度等问题。耦合透镜组3用于对入射到激光介质5的泵浦脉冲激光进行准直和尺寸调整。激光腔镜4用于透射泵浦光，并对激光介质5产生的
激光进行反射。激光介质5用于为泵浦脉冲提供增益区域，在三种泵浦脉冲的分时泵浦下形成激射。调q器件6根据调q触发信号，用于对激射激光进行调q，从而获得脉冲串激光输出。输出耦合镜7用于透射激光介质5产生的激光，并对泵浦光进行反射。
63.实施例2：参阅图7，图7是本发明多个泵浦源泵浦的结合光纤合束器的脉冲时序可调控的激光器结构示意图。
64.图中，1-时序控制器；11、21
…
n1-驱动电源；12、22
…
n2-泵浦源；13、23
…
n3-光束准直整形透镜组；2-光纤合束器；3-耦合透镜组；4-激光腔镜；5-激光介质；6-调q器件；7-输出耦合镜。
65.时序控制器1将生成的周期性同步触发信号发送给驱动电源11、21
…
n1，令驱动电源11、21
…
n1对泵浦源12、22
…
n2的作用时间存在延时，并且时间间隔可调，从而控制泵浦源12、22
…
n2。之后泵浦源12、22
…
n2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5中。其中，泵浦源12、22
…
n2为脉冲的泵浦源。光束准直整形透镜组13、23
…
n3对泵浦脉冲激光进行光束整形，通过透镜组整形后耦合进入传输光纤。光纤合束器2将多路泵浦光传输光纤合束至一根光纤中输出。耦合透镜组3用于对入射到激光介质5的泵浦脉冲激光进行准直和尺寸调整。激光腔镜4用于透射泵浦光，并对激光介质5产生的激光进行反射。激光介质5用于为泵浦脉冲提供增益区域，在多种泵浦脉冲的分时泵浦下形成激射。调q器件6根据调q触发信号，用于对激射激光进行调q，从而获得脉冲串激光输出。输出耦合镜7用于透射激光介质5产生的激光，并对泵浦光进行反射。
66.实施例3：参阅图8，图8是本发明在不同偏振态或不同波长泵浦源泵浦下脉冲时序可调控的激光器结构示意图。
67.图中，1-时序控制器；11、21-驱动电源；12、22-泵浦源；13、23-光束准直整形透镜组；2-分光器；3-耦合透镜组；4-激光腔镜；5-激光介质；6-调q器件；7-输出耦合镜。
68.时序控制器1将生成的周期性同步触发信号发送给驱动电源11、21，令驱动电源11、21对泵浦源12、22的作用时间存在延时，并且时间间隔可调，从而控制泵浦源12、22。之后泵浦源12、22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5中。其中，泵浦源12、22可为不同偏振态的脉冲泵浦源或者不同波长的脉冲泵浦源。光束准直整形透镜组13、23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。分光器2将整形准直好的两路泵浦光脉冲合并到相同的光通道中输出，其中，当为不同偏振态的泵浦光入射时，分光器2为偏振分光器，根据两通道的输入泵浦光的偏振状态将光合并成单个光通道输出，分光器2可为偏振分束棱镜、光纤耦合输出偏振分（合）束器等；当为不同波长的泵浦光入射时，分光器2为45
°
二向色镜，对其中一种波长高透而另一种波长高反，从而合并为一路光输出。耦合透镜组3用于对入射到激光介质5的泵浦脉冲激光进行准直和尺寸调整。激光腔镜4用于透射泵浦光，并对激光介质5产生的激光进行反射。激光介质5用于为泵浦脉冲提供增益区域，在多种泵浦脉冲的分时泵浦下形成激射。调q器件6根据调q触发信号，用于对激射激光进行调q，从而获得脉冲串激光输出。输出耦合镜7用于透射激光介质5产生的激光，并对泵浦光进行反射。
69.进一步需要说明的是，在该可调制的脉冲激光器的具体实施例中，两泵浦源的泵
浦方向大致垂直，并且激光晶体采用端面泵浦的方式，能够减少固体激光器的体积，从而更容易实现小型化、低成本。
70.实施例4：参阅图9，图9是为本发明在不同偏振态和不同波长泵浦源泵浦下脉冲时序可调控的激光器结构示意图。
71.图中，1-时序控制器；11、21、31-驱动电源；12、22、32-泵浦源；13、23、33-光束准直整形透镜组；2合束器、20-分光器；3-耦合透镜组；4-激光腔镜；5-激光介质；6-调q器件；7-输出耦合镜。
72.时序控制器1将生成的周期性同步触发信号发送给驱动电源11、21、31，令驱动电源11、21、31对泵浦源12、22、32的作用时间存在延时，并且时间间隔可调，从而控制泵浦源12、22、13。之后泵浦源12、22、13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5中。其中，泵浦源12、22为不同偏振态的脉冲泵浦源，泵浦源12、32为不同波长的脉冲泵浦源。光束准直整形透镜组13、23、33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。分光器2为偏振分光器，分光器20为45
°
二向色镜，二者分别将整形准直好的泵浦光脉冲合并到相同的光通道中输出。耦合透镜组3用于对入射到激光介质5的泵浦脉冲激光进行准直和尺寸调整。激光腔镜4用于透射泵浦光，并对激光介质5产生的激光进行反射。激光介质5用于为泵浦脉冲提供增益区域，在多种泵浦脉冲的分时泵浦下形成激射。调q器件6根据调q触发信号，用于对激射激光进行调q，从而获得脉冲串激光输出。输出耦合镜7用于透射激光介质5产生的激光，并对泵浦光进行反射。
73.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，所做的任何省略、修改、等同替换、改进、变形等，均应包含在本发明的保护范围之内。
74.例如：（1）本发明的泵浦源为形成长脉冲泵浦脉冲的泵浦源。对于一种有多个不同波长的增益吸收谱带的激光工作物质，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。且泵浦源的偏振态也可以进行改变。
75.（2）本发明的合束器可以根据泵浦源的特征来进行选择。棱镜、光栅作为合束器时，可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；光纤合束器作为合束器时，可将来自不同方向的泵浦光耦合进一根光纤中输出；偏振分光器作为合束器时，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；针对不同波段的泵浦光，通过前后表面分别镀对应波长的高透和高反膜的45
°
二向色镜作为合束器时，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。
76.（3）本发明的调q器件可以为主动调q元件，也可以为被动调q工作物质，且不仅限于可饱和吸收体晶体，可以是满足可对激光工作物质发射激光波长有一定吸收程度的任意调q工作物质。

技术特征：
1.一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：包括，时序控制器、多个驱动电源、多个泵浦源、多个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；时序控制器的多个输出端口与多个驱动电源的输入端口相连，用于生成多个触发信号，并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。2.根据权利要求1所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：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；时序控制器周期性地向驱动电源发送同步触发信号，同步输出信号脉宽可调、频率可调，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。3.根据权利要求1或2所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：时序控制器是多通道信号发生器，或者是通过现场可编程逻辑门阵列设计的电路；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。4.根据权利要求1或2所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：泵浦源为形成长脉冲泵浦脉冲的泵浦源；对于一种有多个不同波长的增益吸收谱带的增益介质，泵浦源为多个不同波长的泵浦源或多个同一波长的泵浦源；且泵浦源能对其偏振态进行一定程度的改变，能具有不同的偏振态；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。5.根据权利要求1或2所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：光束准直整形透镜组采用球面透镜、非球面透镜、柱面镜、平面镜多种透镜进行组合；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。6.根据权利要求1或2所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：合束器能够根据泵浦源的特征来进行选择；当合束器为色散元件时，采用棱镜、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，能够按需组合，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，能够采用偏振分束棱镜、光纤耦合输出偏振分（合）束器，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，能够将不同方向的不同波长的泵浦光合并在同一光路中输出；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。7.根据权利要求1或2所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：耦合透镜组，采用凸透镜和凸透镜组合，或凸透镜和凹透镜组合；耦合透镜组的进光侧设置在所述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所述激光谐振腔中的激光基模进行匹配。
8.根据权利要求1或2所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：激光介质采用晶体材料，或者采用单掺、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；激光介质，是根据所述泵浦触发信号，用于为所述泵浦脉冲提供增益区域。9.根据权利要求1或2所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：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。10.根据权利要求1或2所述的一种脉冲时序可调控的激光产生装置，其特征在于：泵浦源在时序控制器的作用下，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控制，最终实现脉冲激光的输出任意可调目的。

技术总结
本发明的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、Q开关、激光输出耦合镜。时序控制器的多个输出端口与多个驱动电源的输入端口相连，用于生成多个触发信号，并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。本发明具有结构紧凑，易集成，时序可编程控制脉冲串工作模式的优点，其中，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，有效地拓展脉冲串激光器的应用领域。有效地拓展脉冲串激光器的应用领域。有效地拓展脉冲串激光器的应用领域。


技术研发人员：张鸿博 张妮慧 辛迪 周旭彦 董凤鑫 郑婉华
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所 潍坊先进光电芯片研究院
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/13