本发明专利技术提供一种自启动锁模装置和方法以及包括该装置的激光系统，尤其提供了一种用于掺钛蓝宝石飞秒激光器的自启动锁模装置，所述激光器包括安装有反射镜的反射镜调节架和固定有色散补偿元件的平移台，所述自启动锁模装置包括：压电陶瓷，其安装在所述反射镜调节架上，用于分别调节反射镜的水平和竖直姿态；电磁铁，其安装至所述平移台，用于在通电时使所述平移台移动从而启动所述激光器的锁模；以及控制器，其与所述压电陶瓷和电磁铁电连接，并且根据接收到的所述激光器的输出激光的电流信号和监测到的激光功率来控制所述压电陶瓷和所述电磁铁。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种自启动锁模装置和方法以及包括该装置的激光系统，尤其提供了一种用于掺钛蓝宝石飞秒激光器的自启动锁模装置，所述激光器包括安装有反射镜的反射镜调节架和固定有色散补偿元件的平移台，所述自启动锁模装置包括：压电陶瓷，其安装在所述反射镜调节架上，用于分别调节反射镜的水平和竖直姿态；电磁铁，其安装至所述平移台，用于在通电时使所述平移台移动从而启动所述激光器的锁模；以及控制器，其与所述压电陶瓷和电磁铁电连接，并且根据接收到的所述激光器的输出激光的电流信号和监测到的激光功率来控制所述压电陶瓷和所述电磁铁。【专利说明】自启动锁模装置和方法以及包括该装置的激光系统
本专利技术涉及飞秒激光
，特别涉及用于掺钛蓝宝石飞秒激光器的自启动锁模装置和方法以及包括该装置的掺钛蓝宝石飞秒激光系统。
技术介绍
掺钛蓝宝石(下文简称为钛宝石)的自锁模现象是由苏格兰的Spence等人于1990年发现的，该技术的问世可以说是完全翻开了超短脉冲激光研究的全新篇章，与传统的主动锁模及被动锁模不同的是，对于某些含有强克尔效应介质的激光振荡器，在特定的腔型结构下，无需采用任何外加的调制或饱和吸收体即可实现稳定的锁模运转，这种简单的结构与具有超宽调谐带宽的钛宝石激光相结合，已经成为当前超短脉冲激光的主流，并已经产生了脉冲宽度低于5fs的超短脉冲激光。目前这种锁模技术所依赖的基本原理普遍认为是由于固体增益介质在强聚焦泵浦下所形成的克尔效应所致。在非均匀光作用下由于克尔效应介质的折射率由下式表述:n (r) =n0+n2I (r),其中Iltl为与光强无关的静态折射率，n2为克尔系数，I (r)为光强分布。这样在泵浦光及振荡光的作用下，介质的折射率分布将沿径向发生变化，增益介质等价为一自聚焦透镜。当振荡激光通过该介质时，较强的光与较弱的光表现为两套不同的聚焦形式，其在腔内各处也表现为不同的光束尺寸。这样，如果在腔内某处加一尺寸合适的硬边光栏使得较强光由于强聚焦引起的传输光束正好通过该光栏，而较弱光的弱聚焦引起的传输光束不能通过，则系统等价于一个快速饱和吸收体。激光经过多次往返振荡达到动态平衡后，稳定的自锁模过程也就建立了起来。钛宝石飞秒激光振荡器(以下简称为钛宝石激光器)的锁模的启动必须有一个外加的微扰，最典型的方法是推动放置棱镜或者啁啾镜的平移台，改变棱镜的插入量或者啁啾镜的位置，进而改变腔内的模式，从而启动锁模。最一般的推动平移台的方法是打开激光器盖板手动推动，或者转动伸出盖板的平移台微调旋钮，使锁模启动，该手动的方法由于需要打开激光器或者在盖板上打洞使微调器伸出，较为繁琐。如果外界环境扰动较大或者激光器锁模状态不太稳定，则需要频繁地手动启动锁模，这无形中增加了激光器用户工作的复杂程度，降低了工作效率。与此同时，由于空气扰动、人员走动、讲话等会造成激光器内机械元件的轻微抖动，导致激光的输出功率逐渐减弱甚至降为零，即，使得钛宝石锁模激光器长期稳定性较差。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于提供一种用于钛宝石激光器的自启动锁模装置和方法，其能够自动地将激光器长期保持在稳定锁模状态而无需任何人工操作，并且本专利技术的目的还在于提供一种包括该自启动锁模装置的钛宝石激光系统。在本专利技术的第一方面，提供了一种用于钛宝石激光器的自启动锁模装置，所述激光器包括安装有反射镜的反射镜调节架和固定有色散补偿元件的平移台，所述自启动锁模装置包括:压电陶瓷，其安装在所述反射镜调节架上，用于分别调节反射镜的水平和竖直姿态；电磁铁，其安装至所述平移台，用于在通电时使所述平移台移动从而启动所述激光器的锁模；以及控制器，其与所述压电陶瓷和电磁铁电连接，并且根据接收到的所述激光器的输出激光的电流信号和监测到的激光功率来控制所述压电陶瓷和所述电磁铁。在一个实施例中，所述控制器包括判断模块和电磁铁驱动模块，所述判断模块根据所述激光的电流信号和激光功率来判断激光器是否已经锁模并监测功率变化，并将所述判断结果分别传送至电磁铁驱动模块和压电陶瓷以分别根据来自判断模块的判断结果来控制电磁铁的驱动和压电陶瓷上的电压。可选地，所述控制器还包括射频放大模块，用于对所述电流信号进行放大。可选地，所述控制器还包括电压放大模块，用于对激光功率的电压信号进行放大。在一个实施例中,所述控制器还包括:数字/模拟转换模块，用于将激光功率的电压信号转换为模拟信号并传送至所述判断模块；以及模拟/数字转换模块，用于将从判断模块输出的模拟电压信号转换为数字信号并传送至压电陶瓷。在一个实施例中，当接收到的所述电流信号不是锁模信号并且所述激光功率不保持在最大值时，所述控制器使电磁铁通电并且调节所述压电陶瓷上的电压，而当接收到的所述电流信号为锁模信号并且监测到的所述激光功率保持在最大值时，所述控制器停止调节所述压电陶瓷并且停止给所述电磁铁供电。在本专利技术的另一方面，提供了一种钛宝石激光系统，其包括钛宝石激光器以及如上所述的自启动锁模装置。在本专利技术的又一方面，提供了一种用于如上所述的自启动装置的方法，包括:步骤1:接收所述激光器的输出激光的电流信号并监测输出激光的功率；以及步骤2:根据接收到的激光器的输出激光的电流信号和监测到的激光功率来控制激光功率和所述激光器的固定有色散补偿元件的平移台的移动。在一个实施例中，所述步骤2包括根据所述激光的电流信号和激光功率来判断激光器是否已经锁模并监测功率变化，并根据所述判断结果来控制激光功率和平移台。可选地，所述步骤2还包括对接收到的电流信号进行放大的步骤。可选地，所述步骤2还包括对接收到的激光功率的信号进行放大的步骤。在一个实施例中，所述步骤2还包括将激光功率的信号转换为模拟电压信号，并且将来自判断结果的模拟电压信号转换为数字信号。在一个实施例中，所述步骤2包括当接收到的电信号不是锁模信号和/或功率不保持在最大值时，移动所述平移台从而启动所述激光器的锁模并且调节所述激光功率，而当接收到的所述信号为锁模信号并且监测到的所述激光功率保持在最大值时，停止调节所述激光功率并且使所述平移台停止移动。在一个实施例中，所述平移台为侧推平移台。在一个实施例中，所述色散补偿元件是啁啾镜，并且所述平移台的移动使得所述啁啾镜的位置变化。在另一实施例中，所述色散补偿元件是棱镜对，并且所述平移台的移动使得所述棱镜对的其中一个的插入量变化。本专利技术的装置结构简单，调节方便，易于锁模，并且对激光器是否锁模的判断反应灵敏且准确，因此可应用于钛宝石激光器的长期稳定锁模运行。利用本专利技术的装置，可以完全通过电路反馈自动地将激光器长期保持在锁模状态而无需任何人工操作，因而确保了激光器的长期稳定性，消除了手动启动锁模的繁琐性，并且实现了启动锁模方式的简易化和智能化。【专利附图】【附图说明】以下参照附图对本专利技术的实施例进行进一步说明，其中:图1示出了根据本专利技术实施例的包括钛宝石激光器的激光系统；图2示出了根据本专利技术实施例的安装有两片压电陶瓷的反射镜的调节架；图3示出了根据本专利技术实施例的安装有管式电磁铁的侧推平移台；图4示出了根据本专利技术实施例的图1所示的激光系统的模块图，其中示出了控制器的细节；图5示出了根据本专利技术实施例的自启动锁模方法的控制流程图；以及图6示出了根据本专利技术实施例的对钛宝石激光器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于掺钛蓝宝石飞秒激光器的自启动锁模装置，所述激光器包括安装有反射镜的反射镜调节架和固定有色散补偿元件的平移台，所述自启动锁模装置包括：压电陶瓷，其安装在所述反射镜调节架上，用于分别调节反射镜的水平和竖直姿态；电磁铁，其安装至所述平移台，用于在通电时使所述平移台移动从而启动所述激光器的锁模；以及控制器，其与所述压电陶瓷和电磁铁电连接，并且根据接收到的所述激光器的输出激光的电流信号和监测到的激光功率来控制所述压电陶瓷和所述电磁铁。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：范海涛，王鹏，滕浩，魏志义，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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