一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器制造技术

本发明专利技术提供一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器，包括锁模种子源、脉冲展宽器、脉冲放大器、脉冲压缩器、第一分光器、第二分光器、倍频系统、第一功率探测器、第二功率探测器和控制系统，第一功率探测器、第二功率探测器、脉冲放大器和脉冲压缩器均与控制系统连接，第一功率探测器探测经第二分光器反射的激光的第一输出功率，并转换为第一电信号后传输给控制系统，第二功率探测器探测从倍频系统出射的激光的第二输出功率并转换为第二电信号后传输给控制系统，从倍频系统出射的激光的第二输出功率与激光器的脉冲宽度成反比关系，控制系统根据接收到的电信号调节脉冲放大器的增益和脉冲压缩器的色散量，以使激光器功率、脉宽同时锁定。

【技术实现步骤摘要】
一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器
本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器。
技术介绍
飞秒激光器由于具有极高峰值功率、超短脉冲宽度等特性，在微精密加工领域具有重要的应用前景。与纳秒和皮秒激光加工相比，飞秒激光加工具有精度高、热影响区域小、边缘无毛刺等优点。目前实现飞秒脉冲输出主要有主动锁模与被动锁模两种方式，但是这两种方式输出的脉冲能量普遍都比较低，为了实现高能量飞秒脉冲，通常采用脉冲啁啾放大技术(CPA)，即先利用脉冲展宽器将锁模种子脉冲宽度展宽至百皮秒甚至纳秒量级，然后利用脉冲放大器对展宽后的脉冲进行放大，最后利用脉冲压缩器将放大后的脉冲压缩到飞秒量级。在CPA技术提出之后的30年时间里，激光的峰值功率提高了近10个量级，激光装置的体积与成本也大大降低，使高功率、高能量飞秒激光广泛应用于各行各业。CPA系统虽然能实现高功率、高能量脉冲，但是由于脉冲展宽器与脉冲压缩器容易受环境温度、外部压力甚至空气湿度等的影响，进而导致激光器输出脉宽不稳定，这非常不利于一些对脉宽稳定性要求高的应用场合，例如:飞秒脉冲超快动力学的研究，对脉冲时域宽度要求极高，如果脉宽不稳定，会影响它的时间分辨率。通常，为了稳定CPA系统的脉宽，首先需要搭建一套脉宽测量系统，然后根据脉宽的变化对脉冲压缩器进行调节，从而实现激光器脉宽的稳定。常用的飞秒脉宽测量方法主要有:自相关法、频率分辨光学开关法(FROG)以及自参考光谱相位相干电场重构法(SPIDER)，它们都是基于自相关的脉冲测量技术来测量脉宽，该技术主要包括光学延时、倍频以及光谱探测等部分，结构复杂，反应迟缓，很难集成到激光器设备中。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器，基于飞秒激光器倍频效率与脉宽之间成反比关系，通过对倍频系统前后的输出光功率进行探测，利用自适应双重功率锁定算法，通过控制系统实现了飞秒激光器功率与脉宽同时锁定。本专利技术提供一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器，包括沿光路方向依次设置的锁模种子源、脉冲展宽器、脉冲放大器、脉冲压缩器、第一分光器、第二分光器和倍频系统，还包括第一功率探测器、第二功率探测器和控制系统，所述第一功率探测器位于第二分光器的反射光的出光方向上，所述第二功率探测器位于倍频系统的出光方向上，所述第一功率探测器、第二功率探测器、脉冲放大器和脉冲压缩器均与控制系统连接，所述第一功率探测器探测经第二分光器反射的激光的第一输出功率，并将所述第一输出功率信号转换为第一电信号后传输给控制系统，所述第二功率探测器探测从倍频系统出射的激光的第二输出功率，并将所述第二输出功率信号转换为第二电信号后传输给控制系统，从所述倍频系统出射的激光的第二输出功率与激光器的脉冲宽度成反比关系，所述控制系统根据接收到的第一电信号和第二电信号调节脉冲放大器的增益和脉冲压缩器的色散量，以使激光器功率、脉宽同时锁定。进一步地，所述控制系统包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端与第一功率探测器连接，所述第二输入端与第二功率探测器连接，所述第一输出端与脉冲放大器连接，所述第二输出端与脉冲压缩器连接。进一步地，所述控制系统通过调节脉冲放大器的泵浦功率实现调节脉冲放大器的增益。进一步地，所述脉冲压缩器为透射光栅对组成的Treacy结构脉冲压缩器，所述控制系统通过调节透射光栅对之间的距离实现调节脉冲压缩器的色散量。进一步地，所述控制系统每隔时间t检测一次第一输入端和第二输入端的信号变化情况，其中，时间t的取值为1～10ms。进一步地，所述控制系统检测到只有第一输入端的第一电信号发生变化时，此时判定激光器功率、脉宽同时抖动，其先通过第一输出端发出信号每隔时间t增加或者减少脉冲放大器的泵浦电流，调节脉冲放大器的增益使第一输入端的第一电信号保持恒定，再通过第二输出端发出信号每隔时间t增加或者减少脉冲压缩器内光栅对之间的距离，调节脉冲压缩器的色散量使第二输入端的第二电信号保持恒定。进一步地，所述控制系统检测到只有第二输入端的第二电信号发生变化时，此时判定激光器功率不抖动、脉宽抖动，其通过第二输出端发送信号每隔时间t增加或者减少脉冲压缩器内光栅对之间的距离，调节脉冲压缩器的色散量使第二输入端的第二电信号保持恒定。进一步地，所述控制系统检测到第一输入端的第一电信号与第二输入端的第二电信号同时发生变化时，此时判定激光器功率抖动、脉宽不抖动或者激光器功率、脉宽同时抖动，其先通过第一输出端发送信号每隔时间t增加或者减少脉冲放大器的泵浦电流，调节脉冲放大器的增益使第一电信号保持恒定：若第二输入端的第二电信号不发生变化，则判定激光器功率抖动、脉宽不抖动，不对脉冲压缩器进行调节；若第二输入端的第二电信号发生变化，则判定激光器功率、脉宽同时抖动，向脉冲压缩器发送信号每隔时间t增加或者减少脉冲压缩器内光栅对之间的距离，调节脉冲压缩器的色散量使第二电信号保持恒定。进一步地，上述技术方案中，所述的调节脉冲放大器增益可以实现飞秒激光器功率锁定，也可以通过调节锁模种子源输出功率来实现飞秒激光器功率锁定。进一步地，还可以通过调节锁模种子源腔内色散量来实现飞秒激光器脉宽锁定。进一步地，所述脉冲展宽器为啁啾光纤光栅，还可以通过调节脉冲展宽器的色散来实现飞秒激光器脉宽锁定，也即调节啁啾光纤光栅的温度、压力或者拉力。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术提供的飞秒激光器结构简单，成本低，所有器件均为光学领域常用器件，非常易于设备的集成化，本专利技术提供的飞秒激光器通过控制系统检测进入倍频系统前后的激光的输出功率，利用自适应双重功率锁定算法，根据控制系统输入信号的变化调节脉冲放大器的增益或者脉冲压缩器的色散量以实现飞秒激光器输出功率、脉宽同时锁定，从而实现飞秒激光器输出功率以及脉宽的长期稳定，在精密制造领域有重要应用。附图说明图1为本专利技术中一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器，包括锁模种子源1、脉冲展宽器2、脉冲放大器3、脉冲压缩器4、第一分光器5、第二分光器6、倍频系统7、第一功率探测器8、第二功率探测器9和控制系统10，其中锁模种子源1、脉冲展宽器2、脉冲放大器3、脉冲压缩器4、第一分光器5、第二分光器6、倍频系统7沿着激光的光路方向自左至右依次设置，第一功率探测器8位于第二分光器6的反射光的出光方向上，倍频系统7位于第二分光器6的透射光的出光方向上，第二功率探测器9位于倍频系统7的出光方向上，锁模种子源1、脉冲展宽器2和脉冲放大器3通过全光纤依次连接。控制系统10为微控制器(MCU)，其包括第一输入端101、第二输入端102、第一输出端103和第二输出端104，第一输入端101与第一功率探测器8连接，第二输入端102与第二功率探测器9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器，其特征在于：包括沿光路方向依次设置的锁模种子源、脉冲展宽器、脉冲放大器、脉冲压缩器、第一分光器、第二分光器和倍频系统，还包括第一功率探测器、第二功率探测器和控制系统，所述第一功率探测器位于第二分光器的反射光的出光方向上，所述第二功率探测器位于倍频系统的出光方向上，所述第一功率探测器、第二功率探测器、脉冲放大器和脉冲压缩器均与控制系统连接，所述第一功率探测器探测经第二分光器反射的激光的第一输出功率，并将所述第一输出功率信号转换为第一电信号后传输给控制系统，所述第二功率探测器探测从倍频系统出射的激光的第二输出功率，并将所述第二输出功率信号转换为第二电信号后传输给控制系统，从所述倍频系统出射的激光的第二输出功率与激光器的脉冲宽度成反比关系，所述控制系统根据接收到的第一电信号和第二电信号调节脉冲放大器的增益和脉冲压缩器的色散量，以使激光器功率、脉宽同时锁定。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率、脉宽同时锁定飞秒激光器，其特征在于：包括沿光路方向依次设置的锁模种子源、脉冲展宽器、脉冲放大器、脉冲压缩器、第一分光器、第二分光器和倍频系统，还包括第一功率探测器、第二功率探测器和控制系统，所述第一功率探测器位于第二分光器的反射光的出光方向上，所述第二功率探测器位于倍频系统的出光方向上，所述第一功率探测器、第二功率探测器、脉冲放大器和脉冲压缩器均与控制系统连接，所述第一功率探测器探测经第二分光器反射的激光的第一输出功率，并将所述第一输出功率信号转换为第一电信号后传输给控制系统，所述第二功率探测器探测从倍频系统出射的激光的第二输出功率，并将所述第二输出功率信号转换为第二电信号后传输给控制系统，从所述倍频系统出射的激光的第二输出功率与激光器的脉冲宽度成反比关系，所述控制系统根据接收到的第一电信号和第二电信号调节脉冲放大器的增益和脉冲压缩器的色散量，以使激光器功率、脉宽同时锁定。


2.根据权利要求1所述的功率、脉宽同时锁定飞秒激光器，其特征在于：所述控制系统包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端与第一功率探测器连接，所述第二输入端与第二功率探测器连接，所述第一输出端与脉冲放大器连接，所述第二输出端与脉冲压缩器连接。


3.根据权利要求1所述的功率、脉宽同时锁定飞秒激光器，其特征在于：所述控制系统通过调节脉冲放大器的泵浦功率实现调节脉冲放大器的增益。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：万威，邹锶，何飞，陈抗抗，
申请(专利权)人：武汉安扬激光技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42