一种双电光Q开关再生放大装置制造方法及图纸

本申请公开了一种双电光Q开关再生放大装置，其特征在于，包括：激光发射模块、隔离系统、第一电光Q开关模块、第二电光Q开关模块、再生放大器模块和同步触发器模块，所述同步触发器模块分别与所述第一电光Q开关驱动源、所述第二电光Q开关驱动源和所述激光发射模块电连接。本申请提供的一种双电光Q开关再生放大装置，能够避免造成光学元器件的损伤而降低激光器的使用寿命的同时，降低对脉冲能量敏感的材料的加工的影响消除连续脉冲背底和首脉冲效应的双电光Q开关再生放大装置。

【技术实现步骤摘要】
一种双电光Q开关再生放大装置
本申请涉及激光加工领域，特别涉及一种双电光Q开关再生放大装置。
技术介绍
脉冲能量为几十μJ，重复频率为几百kHz的高功率高重复频率超短脉冲(皮秒和飞秒)激光能满足对许多材料的精细加工需求，可被广泛应用于激光切割、雕刻、划线、打标等领域。超短脉冲激光加工技术已成为激光加工领域的研究热点，引领未来激光加工的趋势。由锁模振荡器直接产生的皮秒或飞秒单脉冲的能量仅在nJ量级，不能满足激光加工的需求。通常应用再生放大技术提高峰值功率，获得性能优良的高能量激光。再生放大技术通过主动开关控制脉冲的注入和导出，同时也能对再生腔的损耗进行调制。再生放大的工作过程主要包括泵浦、多次放大和腔倒空输出三个阶段。在泵浦阶段，由于再生腔处于高损耗状态，再生腔无激光振荡，再生腔中的增益介质得到持续的泵浦，实现粒子数反转，能量储存到增益介质中。放大阶段开始时，由锁模振荡器输出的低能量种子脉冲导入再生放大腔中，种子脉冲注入后在再生腔内多次通过增益介质提取能量，在获得最优的脉冲能量后再生腔倒空输出放大后的超短脉冲。由再生放大的工作机理可知，电光Q开关在不加高压的泵浦阶段，种子脉冲也会在再生放大腔中往返一次，提取再生放大中增益晶体中的能量。种子脉冲会伴随着再生放大脉冲输出，形成连续脉冲背底。连续脉冲背底将会对再生放大、后续功率放大和倍频产生不利影响。它会消耗储存到再生放大器和功率放大中的增益介质中的能量，降低再生腔选出的放大脉冲的提取效率。连续脉冲和选出脉冲放大光斑一般不会重合，导致光束质量变坏。同时连续脉冲背底作用到加工样品上会产生严重的热效应，影响超短脉冲的精细加工效果。对于重复频率十kHz以上的再生放大器采用连续泵浦的方式。这样在激光器首次开启或激光加工间歇期后，由于增益介质的持续储能致使再生放大器的放大能力远大于稳定工作时的放大能力，其首脉冲或前几个脉冲的能量总是明显高于后续稳定脉冲的能量，首脉冲能量是后续脉冲能量的几倍，甚至是十几倍。对于超短脉冲激光器来说，如此高能量的首脉冲对应的激光峰值功率密度可达到GW/cm2，极易造成光学元器件的损伤，降低激光器的使用寿命。同时在加工对脉冲能量敏感的材料时，可造成材料破裂、缺损、加工效果不一致等现象，大大影响了精细加工的效果。
技术实现思路
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种双电光Q开关再生放大装置，这种双电光Q开关再生放大装置能够消除连续脉冲背底，避免首脉冲效应，进而能够避免造成光学元器件的损伤，提高激光器的使用寿命，并能提高材料的加工效果。基于上述目的本申请提供了一种双电光Q开关再生放大装置，一包括：光路部分和电学部分，所述光路部分按照光的传播路径依次包括：激光发射模块、第一光隔离系统、第一电光Q开关模块、再生放大腔模块和第二电光Q开关模块，所述电学部分包括同步触发器、第一电光Q开关驱动源和第二电光Q开关驱动源；所述第一光隔离系统按照光的传播路径依次包括第一偏振片、法拉第旋光器和二分之一波片；所述第一电光Q开关模块按照光的传播路径依次包括第一电光Q开关和第三镜片；所述第二电光Q开关模块按照光的传播路径依次包括第二电光Q开关、四分之一波片和第六镜片；所述再生放大腔模块按照光的传播路径依次包括第二偏振片、第三偏振片、第四镜片、泵浦源、第五镜片、增益晶体、第四偏振片和第五偏振片；所述第一电光Q开关驱动源与所述第一电光Q开关电连接，用于为所述第一电光Q开关提供时间长度可调节的高压驱动信号，所述第二电光Q开关驱动源与所述第二电光Q开关电连接，用于为所述第二电光Q开关提供时间长度可调节的高压驱动信号；所述同步触发器分别与所述激光发射模块、所述第一电光Q开关驱动源和所述第二电光Q开关驱动源电连接，所述同步触发器用于锁定所述激光发射模块输出的脉冲序列，以及产生四路触发信号，所述四路触发信号用于触发所述第一电光Q开关驱动源和所述第二电光Q开关驱动源的工作或关断。进一步地，还包括：第二光隔离系统，所述第二光隔离系统位于所述激光发射模块和所述第一光隔离系统之间，用于防止后续脉冲进入到所述激光发射模块中。进一步地，还包括第一镜片和第二镜片，所述第一镜片和第二镜片设置在所述第二光隔离系统和所述第一光隔离系统之间，用于将所述第二光隔离系统的出射光反射到所述第一光隔离系统中。可选地，所述激光发射模块为锁模振荡器。进一步地，所述第一光隔离系统还包括收光装置，所述收光装置用于收集未参与再生放大的种子脉冲以及消除首脉冲效应时产生的纳秒脉冲。基于上述目的，本申请还提供一种利用所述的双电光Q开关再生放大装置消除连续脉冲背底的方法，包括泵浦、多次放大和腔倒空输出三个阶段；在泵浦阶段，通过控制所述同步触发器进而控制所述第一电光Q开关驱动源和第二电光Q开关驱动源，使所述第一电光Q开关和所述第二电光Q开关加压为0V，激光通过电光Q开关不引入光程差，锁模激光器发出的水平偏振种子脉冲先后经过第一偏振片、法拉第旋转器与二分之一波片，仍为水平偏振，经第二偏振片入射到第一电光Q开关模块中，偏振激光经第三镜片反射，先后两次经过第一电光Q开关，仍为水平偏振，经第二偏振片透射输出，输出的种子脉冲由隔离系统隔离输出，不会进入后续放大光路形成连续脉冲背底；在多次放大阶段，先通过控制所述同步触发器进而控制所述第一电光Q开关驱动源和第二电光Q开关驱动源，使所述第一电光Q开关和所述第二电光Q开关加压为四分之一波长延迟电压，水平偏振的种子脉冲先后两次经过第一电光Q开关被旋转90°变成垂直偏振，经第二偏振片反射进入再生放大腔模块，并经第五偏振片反射进入第二电光Q开关模块，再将第一电光Q开关的电压降到0V，种子脉冲激光两次通过第二电光Q开关和四分之一波片后偏振特性未发生变化，再次通过第一电光Q开关后偏振特性也不发生改变，这样就可以锁定脉冲保留在再生放大腔内，多次通过增益介质提取能量；在腔倒空输出阶段，通过控制所述同步触发器进而控制所述第二电光Q开关驱动源，使所述第二电光Q开关加压为0V，种子脉冲激光两次通过四分之一波片变为水平偏振，通过第五偏振片透射输出。基于上述目的，本申请还提供一种利用所述的双电光Q开关再生放大装置消除首脉冲效应的方法，包括：当首次开启所述装置或激光加工间歇期后，控制同步触发器使第二电光Q开关处于开启状态，再生放大腔中的噪声辐射形成的纳秒量级的激光脉冲消耗增益晶体的储能，当增益晶体的储能降低到超短脉冲正常再生放大时的水平时，控制同步触发器使第一电光Q开关处于开启状态，使再生放大腔将纳秒量级的激光脉冲输出，并将纳秒量级的激光脉冲通过隔离系统隔离至收光装置中，种子脉冲会进入到再生放大腔模块中；当纳秒量级的激光脉冲完全输出干净后，控制同步触发器使第一电光Q开关处于关闭状态，将种子脉冲锁定至再生放大腔模块中，进行多次放大；当种子脉冲放大到所需脉冲能量时，控制同步触发器使第二电光Q开关处于关闭状态，释放多次放大后的种子脉冲。本申请提供的双电光Q开关再生放大装置能够消除连续脉冲背底，避免首脉冲效应，进而能够避免造成光学元器件的损伤，提高激光器的使用寿命，并能提高材料的加工效果。本申请附图说明图1为现有技术中再生放大过程中连续脉冲背底现象的示意图；图2为现有技术中再生放大装置的结构示意图；图3为本申请一个实施例的双电光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电光Q开关再生放大装置，其特征在于，包括：光路部分和电学部分，所述光路部分按照光的传播路径依次包括：激光发射模块、第一光隔离系统、第一电光Q开关模块、再生放大腔模块和第二电光Q开关模块，所述电学部分包括同步触发器、第一电光Q开关驱动源和第二电光Q开关驱动源；所述第一光隔离系统按照光的传播路径依次包括第一偏振片、法拉第旋光器和二分之一波片；所述第一电光Q开关模块按照光的传播路径依次包括第一电光Q开关和第三镜片；所述第二电光Q开关模块按照光的传播路径依次包括第二电光Q开关、四分之一波片和第六镜片；所述再生放大腔模块按照光的传播路径依次包括第二偏振片、第三偏振片、第四镜片、泵浦源、第五镜片、增益晶体、第四偏振片和第五偏振片；所述第一电光Q开关驱动源与所述第一电光Q开关电连接，用于为所述第一电光Q开关提供时间长度可调节的高压驱动信号，所述第二电光Q开关驱动源与所述第二电光Q开关电连接，用于为所述第二电光Q开关提供时间长度可调节的高压驱动信号；所述同步触发器分别与所述激光发射模块、所述第一电光Q开关驱动源和所述第二电光Q开关驱动源电连接，所述同步触发器用于锁定所述激光发射模块输出的脉冲序列，以及产生四路触发信号，所述四路触发信号用于触发所述第一电光Q开关驱动源和所述第二电光Q开关驱动源的工作或关断。...

【技术特征摘要】
1.一种双电光Q开关再生放大装置，其特征在于，包括：光路部分和电学部分，所述光路部分按照光的传播路径依次包括：激光发射模块、第一光隔离系统、第一电光Q开关模块、再生放大腔模块和第二电光Q开关模块，所述电学部分包括同步触发器、第一电光Q开关驱动源和第二电光Q开关驱动源；所述第一光隔离系统按照光的传播路径依次包括第一偏振片、法拉第旋光器和二分之一波片；所述第一电光Q开关模块按照光的传播路径依次包括第一电光Q开关和第三镜片；所述第二电光Q开关模块按照光的传播路径依次包括第二电光Q开关、四分之一波片和第六镜片；所述再生放大腔模块按照光的传播路径依次包括第二偏振片、第三偏振片、第四镜片、泵浦源、第五镜片、增益晶体、第四偏振片和第五偏振片；所述第一电光Q开关驱动源与所述第一电光Q开关电连接，用于为所述第一电光Q开关提供时间长度可调节的高压驱动信号，所述第二电光Q开关驱动源与所述第二电光Q开关电连接，用于为所述第二电光Q开关提供时间长度可调节的高压驱动信号；所述同步触发器分别与所述激光发射模块、所述第一电光Q开关驱动源和所述第二电光Q开关驱动源电连接，所述同步触发器用于锁定所述激光发射模块输出的脉冲序列，以及产生四路触发信号，所述四路触发信号用于触发所述第一电光Q开关驱动源和所述第二电光Q开关驱动源的工作或关断。2.根据权利要求1所述的双电光Q开关再生放大装置，其特征在于，还包括：第二光隔离系统，所述第二光隔离系统位于所述激光发射模块和所述第一光隔离系统之间，用于防止后续脉冲进入到所述激光发射模块中。3.根据权利要求2所述的双电光Q开关再生放大装置，其特征在于，还包括第一镜片和第二镜片，所述第一镜片和第二镜片设置在所述第二光隔离系统和所述第一光隔离系统之间，用于将所述第二光隔离系统的出射光反射到所述第一光隔离系统中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的双电光Q开关再生放大装置，其特征在于，所述激光发射模块为锁模振荡器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的双电光Q开关再生放大装置，其特征在于，所述第一光隔离系统还包括收光装置，所述收光装置用于收集未参与再生放大的种子脉冲以及消除首脉冲效应时产生的纳秒脉冲。6.一种利用如权利要求1到5所述的双电光Q开关再生放大装置消除连续脉冲背底的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉涛，樊仲维，张鸿博，刘学松，闫莹，麻云凤，连富强，白振岙，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11