本发明专利技术属于激光器件技术领域，并具体公开了一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统及方法。所述系统包括：用于输出功率可调激光的泵浦源；信号光路和检测光路，所述泵浦源发射光源经耦合分束器分为信号光和检测光，检测光经过检测光路转化为电信号并进行时域和频域分析；以及偏振控制光路，其包括电控偏振控制器、偏振相关隔离器和偏振控制器控制盒，偏振控制器控制盒根据时域和频域分析结果控制所述电控偏振控制器对所述信号光进行偏振调节，实现线宽可切换连续激光、脉宽可切换脉冲激光以及长脉冲和脉冲组激光不同模式的任意切换，且维持对应模式的长期稳定运行。本发明专利技术在实现激光器输出模式任意切换的同时，维持所需特定工作状态的长期稳定运行。状态的长期稳定运行。状态的长期稳定运行。
【技术实现步骤摘要】
一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统及方法
[0001]本专利技术属于激光器件
，更具体地，涉及一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统及方法。
技术介绍
[0002]激光加工作为一种新型精密制造技术，利用高能光子束与物质相互作用，实现对金属及非金属，尤其是高硬度、高脆性、高熔点材料的切割、焊接、表面处理、打孔及精密微加工等。由于具有产品质量高、自动化、低污染、高效率、易于规模化生产等显著优势，激光加工已被广泛应用于科学研究、生物医疗、工业加工、国防安全等众多重要领域。
[0003]其中，激光光源作为核心部件，直接决定了激光加工系统的性能指标及加工效果。根据激光器增益介质类别，激光光源可分为固体激光源、气体激光源、半导体激光源、光纤激光源等；而根据激光器时域输出特性，激光光源又可分为连续激光源和脉冲激光源等。其中，基于波导结构的连续光纤激光源和脉冲光纤激光源，具有平均/峰值功率高、光束质量好、能量转换效率高、散热特性好、结构紧凑、可靠性高等特点，是现阶段激光加工领域最具有应用潜力的激光光源之一。
[0004]连续激光具有平均功率高、加工速度快、加工区高深宽比、适合1mm以上材料加工；脉冲激光则具有峰值功率高、加工质量好、热影响范围小、工件变形小、主要用于1mm厚度以内材料加工。但是，随着加工工艺、加工材料的多样化发展（例如增材/减材制造、复合材料制造等技术），对激光器输出性能提出了更严苛的需求，例如多工艺复合加工、不同组份材料混合加工等，往往需要激光器同时具有连续激光、脉冲激光、脉冲组激光、连续脉冲复合激光等多种输出模式任意切换的能力，同时还需要激光源保持良好的环境及时间稳定性，从而实现最佳的加工效果。
[0005]但单台激光器一般只能在一种输出模式（连续或脉冲）内进行输出状态调节，难以满足对激光器输出模式任意切换的能力需求。例如对于连续输出模式，中国专利CN114883899A、CN110867718B可实现激光器输出线宽的调节，专利CN115051231A可实现激光器输出波长的调节；对于脉冲输出模式，专利CN215681231U、CN115149380A可实现激光器输出脉冲宽度、重频的调节。
[0006]对此，中国专利CN217281617U提出利用光调制技术（电光、声光调制等）可以初步实现激光器连续激光、长脉冲激光、脉冲组激光的任意切换，并维持较长时间的稳定输出。但是利用光调制技术，激光器一般只能实现毫秒、微秒量级脉冲输出，加工过程中热传递效应难以忽视，会导致加工边缘粗糙，材料熔融喷溅等现象，严重影响激光加工精度。而中国专利CN217281617U则提出将连续光纤激光模块组与脉冲光纤激光模块组输出端共同连接至合束器模块，从而实现激光器系统连续激光、脉冲激光、连续脉冲复合激光任意状态切换。但简单的多模块组合，会使得系统复杂程度增加，往往造成系统成本高，稳定性差。
技术实现思路
[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统及方法，采用环形腔结构的激光器系统，利用非线性偏振旋转效应（NPE）及电控偏振控制器（EPC）,可以实现线宽可切换（数十皮米、数百皮米）连续激光、脉宽可切换（飞秒、皮秒、纳秒、长脉宽、脉冲组）脉冲激光及连续脉冲复合激光的任意状态输出；同时，采用光电探头对激光器输出时域、频域特性进行实时采样监测，并基于软件编程计算机学习技术对检测结果进行分析，实时控制电控偏振控制器，在实现激光器输出模式任意切换的同时，维持所需特定工作状态的长期稳定运行。可有效解决多工艺复合加工、不同组份材料混合加工过程中，对激光源具备连续激光、脉冲激光、脉冲组激光、连续脉冲复合激光等输出模式任意实时切换的需求。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统，包括：用于输出功率可调激光的泵浦源；信号光路和检测光路，所述泵浦源发射光源经耦合分束器分为信号光和检测光，所述检测光经过检测光路转化为电信号并进行时域和频域分析；以及偏振控制光路，其包括电控偏振控制器、偏振相关隔离器和偏振控制器控制盒，所述偏振控制器控制盒根据时域和频域分析结果控制所述电控偏振控制器对所述信号光进行偏振调节，实现线宽可切换连续激光、脉宽可切换脉冲激光以及长脉冲和脉冲组激光不同模式的任意切换，且维持对应模式的长期稳定运行。
[0009]作为进一步优选的，还包括波分复用器，该波分复用器的输入端与所述泵浦源和电控偏振控制器的输出端连接。
[0010]作为进一步优选的，还包括色散补偿元件，该色散补偿元件通过增益光纤与所述波分复用器的输出端连接。
[0011]作为进一步优选的，所述检测光路包括用于对所述检测光进行时域和频域分析的高带宽光电探头和对所述检测光进行光谱分析的快速光谱分析仪。
[0012]作为进一步优选的，所述耦合分束器包括第一耦合分束器和第二耦合分束器，所述系统还包括腔外声光调制器和光纤输出接口，所述光纤输出接口的输入端与色散补偿元件连接，所述光纤输出接口的输出端分别与腔外声光调制器和偏振相关隔离器连接，所述第二耦合分束器的输入端与腔外声光调制器连接，所述第二耦合分束器的输出端分别与光纤输出接口和检测光路连接。
[0013]作为进一步优选的，所述检测光路还包括上位机，所述上位机与所述高带宽光电探头、快速光谱分析仪、偏振控制器控制盒以及泵浦源连接，用于对激光器输出时域、频域特性进行实时采样监测，根据所述监测结果控制电控偏振控制器对信号光进行偏振调节，在整个Poincare 球上分析激光器输出特性，并将结果写入本地数据库，基于线宽可切换连续激光、脉宽可切换脉冲激光或长脉冲和脉冲组激光工作模式，在所述本地数据库中获得激光器输出特性的最佳匹配结果，并根据最佳匹配结果控制所述偏振控制器控制盒对所述电控偏振控制器进行调节，从而实现对所述信号光进行偏振调节。
[0014]按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种高稳定输出模式可调飞秒激光方法，包括以下步骤：
S100对激光器输出时域、频域特性进行实时采样监测；S200根据所述监测结果控制电控偏振控制器对信号光进行偏振调节，在整个Poincare 球上分析激光器输出特性，并将结果写入本地数据库；S300基于线宽可切换连续激光、脉宽可切换脉冲激光或长脉冲和脉冲组激光工作模式，在所述本地数据库中获得激光器输出特性的最佳匹配结果，对匹配区域进行出光自检，评估并确认激光器输出状态，保证激光器输出模式与目标模式相匹配，并实时维持激光器输出状态。
[0015]作为进一步优选的，步骤S300中，所述线宽可切换连续激光工作模式的调节方法包括：利用电控偏振控制器与偏振相关隔离器的偏振选模作用，实现激光器起振模式的选择，从而实现数十/数百皮米量级线宽及波长切换功能。
[0016]作为进一步优选的，步骤S300中，所述脉宽可切换脉冲激光工作模式的调节方法包括：基于激光器腔内偏振相关隔离器及电控偏振控制器，利用非线性偏振旋转效应实现激光器锁模，从而输出脉宽最小飞秒量级脉冲激本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统，其特征在于，包括：用于输出功率可调激光的泵浦源（1）；信号光路和检测光路，所述泵浦源（1）发射光源经耦合分束器（5）分为信号光和检测光，所述检测光经过检测光路转化为电信号并进行时域和频域分析；以及偏振控制光路，其包括电控偏振控制器（7）、偏振相关隔离器（6）和偏振控制器控制盒（12），所述偏振控制器控制盒（12）根据时域和频域分析结果控制所述电控偏振控制器（7）对所述信号光进行偏振调节，实现线宽可切换连续激光、脉宽可切换脉冲激光以及长脉冲和脉冲组激光不同模式的任意切换，且维持对应模式的长期稳定运行。2.根据权利要求1所述的一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统，其特征在于，还包括波分复用器（2），该波分复用器（2）的输入端与所述泵浦源（1）和电控偏振控制器（7）的输出端连接。3.根据权利要求1所述的一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统，其特征在于，还包括色散补偿元件（4），该色散补偿元件（4）通过增益光纤（3）与所述波分复用器（2）的输出端连接。4.根据权利要求1所述的一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统，其特征在于，所述检测光路包括用于对所述检测光进行时域和频域分析的高带宽光电探头（9）和对所述检测光进行光谱分析的快速光谱分析仪（10）。5.根据权利要求4所述的一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统，其特征在于，所述耦合分束器（5）包括第一耦合分束器和第二耦合分束器，所述系统还包括腔外声光调制器（13）和光纤输出接口（8），所述光纤输出接口（8）的输入端与色散补偿元件（4）连接，所述光纤输出接口（8）的输出端分别与腔外声光调制器（13）和偏振相关隔离器（6）连接，所述第二耦合分束器的输入端与腔外声光调制器（13）连接，所述第二耦合分束器的输出端分别与光纤输出接口（8）和检测光路连接。6.根据权利要求5所述的一种高稳定输出模式可调飞秒激光系统，其特征在于，所述检测光路还包括上位机（11），所述上位机与所述高带宽光电探头（9）、快速光谱分析仪（10）、偏振控制器控制盒（12）以及泵浦源（1）连接，用于对激光器输出时域、频域特性进行实时采样监测，根据所述监测结果控制电控...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘示林，王牧，石文静，武春风，李强，姜永亮，胡阿健，刘厚康，胡金萌，宋祥，
申请(专利权)人：武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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