激光能量稳定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于激光能量控制领域，特别涉及激光能量稳定装置。激光能量稳定装置包括用于输出脉冲激光的脉冲激光器，分光单元，衰减单元，功率探测单元和负反馈控制单元。本实用新型专利技术通过脉冲激光器输出脉冲激光，所述脉冲激光经分光单元分为第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，其中第一束脉冲激光传播到衰减单元，第二束脉冲激光入射到功率探测单元，功率探测单元探测第二束脉冲激光的功率以得出光功率值，负反馈控制单元根据功率探测单元测量的光功率值计算并控制衰减单元对第一束脉冲激光的衰减率，从而实现脉冲激光能量稳定。

Laser energy stabilizing device

The utility model belongs to the field of laser energy control, in particular to a laser energy stabilizing device. The laser energy stabilizing device includes a pulsed laser for outputting a pulsed laser, a splitting unit, an attenuation unit, a power detecting unit, and a negative feedback control unit. The utility model by pulse laser output pulse laser, the pulse laser with optical unit is divided into a first beam laser pulse and second pulse laser beams, wherein the first pulsed laser beam propagated to the attenuation unit, second pulse laser power detection unit, a power detection unit detects power pulse laser beam of second to come to light power value, negative feedback control unit and control unit for calculating attenuation the first pulse laser attenuation rate according to the optical power detecting unit to measure power value, so as to realize the laser pulse energy stability.

【技术实现步骤摘要】
激光能量稳定装置
本技术属于激光能量控制领域，特别涉及激光能量稳定装置。
技术介绍
随着激光在工业、国防、科研等领域应用的日益广泛，人们对激光性能参数的稳定性要求也越来越高，尤其是在激光加工等领域，激光脉冲能量的大小在很大程度上决定了加工孔的深度与宽度，若激光能量的不稳定，会造成工件的品质不高，表面凸凹不平，若能量的稳定，则加工的样品光滑、精细、齐整，因此稳定激光脉冲的能量具有重要的意义。为了稳定激光脉冲能量，目前通常采用两种方法实现。一种方法是：通过改变激光谐振腔内部结构参数来实现，根据采集激光输出脉冲能量，从而控制激光器的增益(如泵浦源能量)或腔内损耗等方式，达到实现能量稳定的目的。但是这种方法由于是通过改变激光谐振腔内部结构参数来实现，实现难度大，且改造现有的商用激光器的内部结构，难度较大，成本也较高，甚至无法实现。另一种方法是：通过激光谐振腔的腔外方式实现激光能量的反馈，主要是通过能量计探测激光器输出能量，根据探测的能量数值来调整激光器偏振态，利用半波片、检偏器构成的激光衰减器，从而实现激光能量的稳定。但是，由于一般的能量计并不适用于高重复频率(比如3KHz以上)的超短脉冲激光器。此外，目前也有些研究者们提出了通过探测激光器输出功率，利用半波片、检偏器构成的衰减器，采用激光谐振腔的腔外功率负反馈实现功率稳定。但在激光加工等领域，对加工样品的参数影响更大的是激光的能量而不是激光功率，且对于一些脉冲激光器，即使脉冲激光器的功率稳定，能量不一定稳定。例如同样峰值功率，不同的脉冲宽度，脉冲能量显然不同。描述脉冲激光的功率，除了峰值功率外，平均功率也是一个常用来衡量脉冲功率的一个指标。在图1中，虚线左右两边的脉冲平均功率相同，但从图1中能够看出脉冲能量显然存在差异。因此，稳定脉冲激光能量的技术问题亟待解决。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种激光能量稳定装置，旨在解决现有技术中稳定激光能量的技术问题。本技术的技术方案是：激光能量稳定装置，包括：脉冲激光器，用于输出脉冲激光；分光单元，用于将所述脉冲激光分为第一束脉冲激光和第二束脉冲激光；衰减单元，用于接收所述第一束脉冲激光，并对所述第一束脉冲激光的光功率进行衰减；功率探测单元，用于接收所述第二束脉冲激光，并对所述第二束脉冲激光的功率进行测量以得出光功率值；负反馈控制单元，根据所述功率探测单元测量的光功率值，利用控制算法控制所述衰减单元对所述第一束脉冲激光的衰减率，以使经过所述衰减单元的所述第一束脉冲激光的输出能量稳定。进一步地，若所述功率探测单元探测的所述光功率值增大，所述负反馈控制单元控制所述衰减单元对所述第一束脉冲激光的衰减率变大；若所述功率探测单元探测的所述光功率值减小，所述负反馈控制单元控制所述衰减单元对所述第一束脉冲激光的衰减率变小。进一步地，所述脉冲激光器为高重复频率的脉冲激光器。进一步地，所述脉冲激光器为经过电光开关进行选频后，重复频率稳定的中低重频脉冲激光器。进一步地，所述第一束脉冲激光的能量大于所述第二束脉冲激光的能量。进一步地，所述控制算法为PID算法或PI算法。进一步地，所述分光单元为部分反射、部分透射镜或激光器输出镜。进一步地，所述脉冲激光器为气体脉冲激光器、固体脉冲激光器、半导体脉冲激光器、光纤脉冲激光器或由所述气体脉冲激光器、所述固体脉冲激光器、所述半导体脉冲激光器、所述光纤脉冲激光器经过再生放大、多通放大得到的中高能量脉冲激光器。进一步地，所述功率探测单元为所述功率探测单元为激光功率测试计、激光功率指示仪、激光功率计、激光功率测试仪、激光光电二极管或能够线性反映激光功率的探测器。进一步地，所述衰减单元为电动衰减器。本技术通过脉冲激光器输出脉冲激光，所述脉冲激光经分光单元分为第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，其中第一束脉冲激光传播到衰减单元，第二束脉冲激光入射到功率探测单元，功率探测单元探测第二束脉冲激光的功率以得出光功率值，负反馈控制单元根据功率探测单元测量的光功率值计算并控制衰减单元对第一束脉冲激光的衰减率，从而实现脉冲激光能量稳定的目的。附图说明图1是现有技术的脉冲激光功率稳定，能量不稳定的情况示意图。图2是本技术实施例提供的激光能量稳定装置的结构示意图。附图标记包括：10—脉冲激光器20—分光单元30—衰减单元40—功率探测单元50—负反馈控制单元。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。以下针对脉冲激光器的功率稳定和能量稳定的关系进行具体说明：常用来衡量脉冲激光功率的指标有峰值功率和平均功率，计算公式如下：J＝P1×τ(1)其中，J为激光脉冲能量，P1为峰值功率，τ为脉冲宽度，P2为平均功率，f为重复频率。由公式(1)可知，同样峰值功率P1，不同的脉冲宽度τ，激光脉冲能量J显然不同。由公式(2)知，同样平均功率P2，不同的重复频率f，激光脉冲能量J也会存在差异。在脉冲激光器中，由公式(2)可得：其中，t为时间，从公式(3)中可以得知，脉冲激光器的能量主要取决于激光器平均功率的稳定性和脉冲重复频率的稳定性。在高重频脉冲激光器中，其重频f达到兆赫兹，故f2数值相对较大，1/f2近似为0，所以公式(3)后项近似为0。因此，对于高重频脉冲激光器，能量的变化主要与功率变化相关，所以用功率探测单元来测量输出端的平均功率变化，当激光功率稳定时，由上式(3)可知激光能量也会趋于稳定。此外，由于采用锁模技术获得的超短脉冲激光的种子脉冲一般能量往往为nJ或μJ数量级，能量较低，为了获得较高的单脉冲能量，一般需要经过多通放大或者再生放大，来获得较大能量(mJ或J数量级)的激光脉冲。在放大过程中，需要利用Pockels(泡克耳斯)盒等电光开关进行选频，此时激光脉冲的重频下降，其中低重频值由电光开关等确定。但是由于光电开关等的重频可采用成熟的电学技术控制，因此重复频率也非常稳定，即接近于0，因此，公式(3)中的后项仍可忽略不计。与重频变化相比，激光器的功率变化受到腔长光程量、激光器增益、激光器损耗等众多因素的影响，因此，对于经过电光开关进行选频后，重复频率稳定的中低重频脉冲激光器，其激光能量的变化也主要与功率变化相关，所以用功率探测单元来测量输出端的平均功率变化，当激光功率稳定时，由公式(3)可知激光能量也会趋于稳定。如图2所示，本技术实施例提供的激光能量稳定装置，包括：脉冲激光器10，用于输出脉冲激光；分光单元20，用于将所述脉冲激光分为第一束脉冲激光和第二束脉冲激光；衰减单元30，用于接收所述第一束脉冲激光，并对所述第一束脉冲激光的光功率进行衰减；功率探测单元40，用于接收所述第二束脉冲激光，并对所本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光能量稳定装置，其特征在于，包括：脉冲激光器，用于输出脉冲激光；分光单元，用于将所述脉冲激光分为第一束脉冲激光和第二束脉冲激光；衰减单元，用于接收所述第一束脉冲激光，并对所述第一束脉冲激光的光功率进行衰减；功率探测单元，用于接收所述第二束脉冲激光，并对所述第二束脉冲激光的功率进行测量以得出光功率值；负反馈控制单元，根据所述功率探测单元测量的光功率值，利用控制算法控制所述衰减单元对所述第一束脉冲激光的衰减率，以使经过所述衰减单元的所述第一束脉冲激光的输出能量稳定。

【技术特征摘要】
1.激光能量稳定装置，其特征在于，包括：脉冲激光器，用于输出脉冲激光；分光单元，用于将所述脉冲激光分为第一束脉冲激光和第二束脉冲激光；衰减单元，用于接收所述第一束脉冲激光，并对所述第一束脉冲激光的光功率进行衰减；功率探测单元，用于接收所述第二束脉冲激光，并对所述第二束脉冲激光的功率进行测量以得出光功率值；负反馈控制单元，根据所述功率探测单元测量的光功率值，利用控制算法控制所述衰减单元对所述第一束脉冲激光的衰减率，以使经过所述衰减单元的所述第一束脉冲激光的输出能量稳定。2.如权利要求1所述的激光能量稳定装置，其特征在于，若所述功率探测单元探测的所述光功率值增大，所述负反馈控制单元控制所述衰减单元对所述第一束脉冲激光的衰减率变大；若所述功率探测单元探测的所述光功率值减小，所述负反馈控制单元控制所述衰减单元对所述第一束脉冲激光的衰减率变小。3.如权利要求1所述的激光能量稳定装置，其特征在于，所述脉冲激光器为高重复频率的脉冲激光器。4.如权利要求1所述的激光能量稳定装置，其特征在于，所述脉冲激光器为经过电光开关进...

【专利技术属性】
技术研发人员：文侨，卢建新，李冀，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东,44