一种激光器系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供一种激光器系统，该系统包括：种子激光器、种子激光器的驱动电路、放大激光器组、放大激光器组的驱动电路、控制模块、种子激光器驱动延时模块、放大激光器组驱动的延时模块组；所述种子激光器驱动延时模块和放大激光器组驱动的延时模块组在接收到所述控制模块发出的激光开启的命令时，对该命令进行延时处理后发送至所述种子激光器的驱动电路和所述放大激光器组的驱动电路，以驱动所述种子激光器和所述放大激光器组开启工作，其中，所述种子激光器的驱动电路接收到激光开启命令的时间早于所述放大激光器组的驱动电路接收到激光开启命令的时间，而各级放大器按照激光放大的物理过程，在考虑了稳态放大所需时延后，依次触发。
【专利说明】一种激光器系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光器领域，尤其涉及一种能够实现首脉冲可用的激光器系统。
【背景技术】
[0002]随着光通信和激光加工技术的发展，激光的应用也越来越广泛，很多新兴的应用被开发出来，激光加工更是得到了迅猛的发展，在加工速度、加工精度和加工质量上均取得了巨大的改善。新的加工工艺和加工材料也对激光器产生了一些新的更高要求。例如在一些精细加工领域需要激光器的首脉冲可用，而在高敏感材料加工上需要激光器的漏光小甚至零漏光。然而在现有技术中实现首脉冲可用和漏光小两个要求是互相矛盾的。以光纤激光器领域中的MOPA光纤激光器为例，为实现首脉冲可用需要预加泵浦，保持种子激光器常开甚至预放大器常开，以提高主放大器及时反应，只要主放大器的电流达到设定值，激光脉冲即可达到额定能量，可以完成正常的激光加工的任务，从而可以实现首脉冲可用。但是种子激光器常开以及预放大器常开会使整个激光器装置在不工作状态下依然会有一定功率的光输出，这就是所谓的漏光现象。而如果不保持种子激光器常开和预放大器常开的激光器设备的激光脉冲功率上升时间比较长，前面的几个到几十个脉冲功率幅度偏低，不能用来进行激光加工，因此又不满足首脉冲可用的条件。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本实用新型的目的在于提一种激光器及激光器的控制方法，能够在保证首脉冲可用的同时避免激光器系统的漏光现象。
[0004]为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种激光器系统，包括:种子激光器、种子激光器的驱动电路、放大激光器组、放大激光器组的驱动电路、控制模块、种子激光器驱动延时模块、放大激光器组驱动的延时模块组；
[0005]所述种子激光器驱动延时模块和放大激光器组驱动的延时模块组在接收到所述控制模块发出的激光开启的命令时，对该命令进行延时处理后发送至所述种子激光器的驱动电路和所述放大激光器组的驱动电路，以驱动所述种子激光器和所述放大激光器组开启工作，其中，所述种子激光器的驱动电路接收到激光开启命令的时间早于所述放大激光器组的驱动电路接收到激光开启命令的时间。
[0006]在一个优选的实施例中，所述种子激光器驱动延时电路的信号输入端与所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端接到所述控制模块发出激光开启命令的信号输出端上；所述种子激光器驱动延时电路的信号输出端与所述种子激光器的驱动电路相连，所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输出端与所述放大激光器组的驱动电路相连；
[0007]所述种子激光器驱动延时电路所做延时处理的时长小于所述放大激光器组驱动的延时模块组所做延时处理的时长。
[0008]在一个优选的实施例中，所述种子激光器驱动延时电路的信号输入端与所述控制模块发出激光开启命令的信号输出端相连，所述种子激光器驱动延时电路的信号输出端与所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端相连，所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输出端与所述放大激光器组的驱动电路相连，所述种子激光器的驱动电路与所述种子激光器驱动延时电路的信号输出端相连。
[0009]在一个优选的实施例中，所述放大激光器组包括预放大激光器和主放大激光器；
[0010]所述放大激光器组的驱动电路包括所述预放大激光器的驱动电路和所述主放大激光器的驱动电路；
[0011]所述放大激光器组驱动的延时模块组包括预放大激光器驱动的延时模块和主放大激光器驱动的延时模块。
[0012]在一个优选的实施例中，所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输入端与所述主放大激光器驱动的延时模块的信号输入端相连，作为所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端，与所述控制模块发出激光开启命令的信号输出端相连；
[0013]所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述预放大激光器的驱动电路相连；
[0014]所述主放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述主放大激光器的驱动电路相连。
[0015]在一个优选的实施例中，所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输入端作为所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端，与种子激光器驱动延时模块的信号输出端相连；
[0016]所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述主放大激光器驱动的延时模块的信号输入端相连；
[0017]所述主放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述主放大激光器的驱动电路相连；
[0018]所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述预放大激光器的驱动电路相连。
[0019]由此本实用新型实施例可以精确控制种子激光器、预防大激光器和主放大激光器按照规定间隔依次开启，达到首脉冲可用的目的；另外，由于在接收到激光器开启命令之前，种子激光器、预放大激光器和主放大激光器均不开启，因此也有效避免漏光现象。这样的多重精密延时，总长度可达亚微秒级，时间抖动好于纳秒级。对于用户而言，在使用上完全察觉不到与普通激光放大器的差别，实现了即时的激光加工的要求；唯一的改进是，在保证首脉冲可用的同时，实现了真正的零漏光。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本实用新型实施例提供一种激光器系统的示意图；
[0022]图2为各个延时模块采用星型连接方式的示意图；
[0023]图3为各个延时模块采用菊花链连接方式的示意图；
[0024]图4为本实用新型具体实施例中的一种MOPA激光器系统的控制部分示意图；
[0025]图5为本实用新型实施例中的另一种MOPA激光器系统的控制部分示意图；
[0026]图6为一种采用模拟电路的方式实现的延时模块；
[0027]图7为一种采用数字电路实现的延时模块。
【具体实施方式】
[0028]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0029]本实用新型实施例提供一种激光器系统，如图1所示，该激光器系统包括种子激光器101、种子激光器101的驱动电路102、放大激光器组103、放大激光器组103的驱动电路104、控制模块105、种子激光器驱动延时模块106和放大激光器组驱动的延时模块组107。
[0030]种子激光器驱动延时模块106和放大激光器组驱动的延时模块组107在接收到控制模块105发出的激光开启的命令时，对该命令进行延时处理后发送至种子激光器101的驱动电路102和放大激光器组103的驱动电路104，从而驱动种子激光器101和放大激光器组103开启工作。且种子激光器驱动延时模块106和放大激光器组驱动的延时模块组107所做的延时处理使得:种子激光器的驱动电路102接收到激光开启命令的时间早于放大激光器组的驱动电路104接收到激光开启命令的时间。
[0031]在实际中，上述放大激光器组中的放大激光器的个数可以根据激光器系统的实际需求进行选择，比如可以包括预放大器和主放大器，相应地，放大器组驱动的延时模块组也会包括与每个放大激光器相对应的延时模块。
[0032]此外，本实施例中激光器系统中各个延时模块可以采用星型的连接方式，也可以采用菊花链的连接方式。
[0033]图2示出了各个延时模块采用星型连接方式的示意图，该图中仅示出了驱动电路、控制模块、延时模块的部分，如图2所示，在延时模块采用星型连接方式的方式中，种子激光器驱动延时电路106与放大激光器组驱动的延时模块组107的信号输入端接到一起，并接到控制模块105发出激光开启命令的信号输出端上。而种子激光器驱动延时电路106的信号输出端与种子激光器的驱动电路102相连，放大激光器组驱动的延时模块组107的信号输出端与放大激光器组的驱动电路104相连。由此可以看出当延时模块之间采用星型连接方式时，各个延时模块分别为各自对应的驱动电路提供延时信号，具体地，种子激光器驱动延时电路106为种子激光器的驱动电路102提供延时信号，放大激光器组驱动的延时模块组107为放大激光器组的驱动电路104提供延时信号。在这种实现方式中，要求种子激光器驱动延时电路106所做延时处理的时长小于放大激光器组驱动的延时模块组107所做延时处理的时长。
[0034]图3示出了各个延时模块采用菊花链连接方式的示意图，该图中仅示出了驱动电路、控制模块、延时模块的部分，如图3所示，在延时模块采用菊花链连接方式的方式中，种子激光器驱动延时电路106的信号输入端与控制模块105发出激光开启命令的信号输出端相连，种子激光器驱动延时电路106的信号输出端与放大激光器组驱动的延时模块组104的信号输入端相连，种子激光器驱动延时电路106的信号输出端与放大激光器组驱动的延时模块组107的信号输入端相连。放大激光器组驱动的延时模块组107的信号输出端与放大激光器组的驱动电路104相连，种子激光器的驱动电路102与种子激光器驱动延时电路106的信号输出端相连。在采用菊花链连接方式中，各个延时模块采用级联的方式进行连接，相应的驱动电路连接到某一级的输出端上。通过这种连接方式不难得出，种子激光器的驱动电路102接收到激光开启命令的时间一定早于放大激光器组的驱动电路104接收到激光开启命令的时间。
[0035]以下以激光器系统为MOPA激光器系统为例详细说明本实用新型的具体实现。
[0036]MOPA激光器系统由种子激光器和多级放大激光器组成。种子激光器的种子决定脉冲宽度、脉冲频率和光束质量等指标，也可称之为主振荡器(MO);而多级放大激光器是将种子激光的功率和能量提高，理想情况下能够保持脉冲宽度、脉冲频率和光束质量等指标不变，也可以称之为功率放大器(PA)。多级放大激光器通常分为预放大激光器和主放大激光器。
[0037]图4示出了本实用新型具体实施例中的一种MOPA激光器系统的控制部分示意图，如图4所示，该控制部分包括:控制模块405、种子激光器的驱动电路402、预放大激光器的驱动电路4041、主放大激光器的驱动电路4042、种子激光器驱动延时模块406、、预放大激光器驱动的延时模块4071和主放大激光器驱动的延时模块4072。
[0038]在图4中，各个延时模块采用星型连接方式，预放大激光器驱动的延时模块4071的信号输入端与主放大激光器驱动的延时模块4072的信号输入端相连，作为放大激光器组驱动的延时模块组的信号输出端，与控制模块405发出发出激光开启命令的信号输出端相连，同时，预放大激光器驱动的延时模块4071的信号输入端、主放大激光器驱动的延时模块4072的信号输入端和种子激光器驱动延时模块406的信号输入端也相连。
[0039]预放大激光器驱动的延时模块4071的信号输出端与预放大激光器的驱动电路4041相连；主放大激光器驱动的延时模块4072的信号输出端与主放大激光器的驱动电路4042相连；种子激光器驱动延时模块406的信号输出端与种子激光器的驱动电路402相连。
[0040]对于采用星型连接的方式，种子激光器驱动延时模块406所做延时处理的时长小于预放大激光器驱动的延时模块4071所做延时处理的时长，预放大激光器驱动的延时模块4071所做延时处理的时长又小于主放大激光器驱动的延时模块4072所做延时处理的时长。由此可以精确控制种子激光器、预防大激光器和主放大激光器按照规定间隔依次开启，达到首脉冲可用的目的；另外，由于在接收到激光器开启命令之前，种子激光器、预放大激光器和主放大激光器均不开启，因此也有效避免漏光现象。
[0041 ] 图5示出了本实用新型实施例中的另一种MOPA激光器系统的控制部分示意图，如图5所示，该控制部分包括:控制模块505、种子激光器的驱动电路502、预放大激光器的驱动电路5041、主放大激光器的驱动电路5042、种子激光器驱动延时模块506、、预放大激光器驱动的延时模块5071和主放大激光器驱动的延时模块5072。
[0042]在图5中,各个延时模块米用菊花链的连接方式,种子激光器驱动延时模块506的信号输入端与控制模块505发出激光开启命令的信号输出端相连；预放大激光器驱动的延时模块5071的信号输入端作为放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端，与种子激光器驱动延时模块506的信号输出端相连；预放大激光器驱动的延时模块5071的信号输出端与主放大激光器驱动的延时模块5072的信号输入端相连。
[0043]主放大激光器驱动的延时模块5072的信号输出端与主放大激光器的驱动电路5042相连；预放大激光器驱动的延时模块5071的信号输出端与所述预放大激光器的驱动电路5041相连；种子激光器驱动延时模块506的信号输出端与种子激光器的驱动电路502相连。
[0044]由此可以精确控制种子激光器、预防大激光器和主放大激光器按照规定间隔依次开启，达到首脉冲可用的目的；另外，由于在接收到激光器开启命令之前，种子激光器、预放大激光器和主放大激光器均不开启，因此也有效避免漏光现象。
[0045]另外，在实际应用中，为了实现上述延时处理的延时模块可以有很多种具体实现，图6示出了一种采用模拟电路的方式实现的延时模块，如图6所示，该延时模块包括电阻R1、电容Cl和施密特触发电路Tl，其中电阻Rl的第一端接收原始信号端相连，电阻Rl的第二端通过电容Cl接地，且电阻Rl的第二端还与施密特触发电路Tl的输入端相连，施密特触发电路Tl的输出端作为延时信号的输出端。
[0046]图7示出了一种采用数字电路实现的延时模块，如图7所示，该延时模块包括:N位计数器701和数字比较器702，其中N位计数器701接收原始信号，并进行计数，数字比较器702将计数结果与预先设定阈值相比较，当达到该阈值时将信号输出至信号输出端，实现延时信号的输出。
[0047]本实用新型还相应提供一种激光器系统的控制方法，该激光器系统包括:种子激光器、种子激光器的驱动电路、放大激光器组、放大激光器组的驱动电路；该方法包括如下步骤:
[0048]在接收到激光开启的命令时，对该命令进行延时处理后发送至种子激光器的驱动电路和所述放大激光器组的驱动电路，以驱动所述种子激光器和所述放大激光器组开启工作，其中，所述种子激光器的驱动电路接收到激光开启命令的时间早于所述放大激光器组驱动的延时模块接收到激光开启命令的时间。
[0049]上述针对种子激光器驱动电路和放大激光器组的驱动电路的多个延时处理可以同时进行，也可以依次进行，当采用延时模块实现上述延时处理时，同时进行延时处理对应多个延时模块采用星型连接的方式，依次进行对应多个延时模块采用菊花链连接的方式。
[0050]所谓的同时进行延时处理，是指在接收到激光开启的命令时，同时针对种子激光器驱动电路和放大激光器组的驱动电路启动各自的延时计时，当延时达到种子激光器驱动电路的要求时，向种子激光器驱动电路发出激光开启的命令；当延时达到放大激光器组的驱动电路的要求时，向放大激光器组的驱动电路发出激光开启的命令。种子激光器驱动电路要求的延时短于放大激光器组的驱动电路要求的延时。
[0051]所谓的依次进行延时处理,是指在接收到激光开启的命令时，先启动一个延时计时，当延时达到种子激光器驱动电路的要求时，向种子激光器驱动电路发出激光开启的命令；然后再重新启动另一个延时计时，当该新的延时加上之前针对种子激光器驱动电路的延时达到放大激光器组的驱动电路的要求时，向放大激光器组的驱动电路发出激光开启的命令。
[0052]本实用新型实施例中提供的激光器系统的控制方法能够实现精确控制种子激光器、预防大激光器和主放大激光器按照规定间隔依次开启，达到首脉冲可用的目的；另外，由于在接收到激光器开启命令之前，种子激光器、预放大激光器和主放大激光器均不开启，因此也有效避免漏光现象。
[0053]以上实例仅针对MOPA中特殊的两级放大激光器结构；对于三级乃至更多级的放大器而言，其基本原理是相似的，只是需要更多的驱动电路和延时信号。其中，每一级放大器驱动电路均由相应的延时模块输出的延时信号触发。
[0054]本实用新型的思想不仅可用在脉冲MOPA激光器中，还可以用在MOPA结构的连续激光器中，因此，所述的信号光驱动电路既可以是脉冲式的也可以是连续式的。而对于连续光激光器而言，这里的要点是一开启激光器就达到额定功率，否则需要一段时间激光器才可以正常使用。这里的多重延时信号与驱动电路的设计恰好可以保证一开启激光器就达到额定功率，激光正常使用。
[0055]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种激光器系统，其特征在于，包括:种子激光器、种子激光器的驱动电路、放大激光器组、放大激光器组的驱动电路、控制模块、种子激光器驱动延时模块、放大激光器组驱动的延时模块组； 所述种子激光器驱动延时模块和放大激光器组驱动的延时模块组在接收到所述控制模块发出的激光开启的命令时，对该命令进行延时处理后发送至所述种子激光器的驱动电路和所述放大激光器组的驱动电路，以驱动所述种子激光器和所述放大激光器组开启工作，其中，所述种子激光器的驱动电路接收到激光开启命令的时间早于所述放大激光器组的驱动电路接收到激光开启命令的时间。
2.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述种子激光器驱动延时电路的信号输入端与所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端接到所述控制模块发出激光开启命令的信号输出端上；所述种子激光器驱动延时电路的信号输出端与所述种子激光器的驱动电路相连，所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输出端与所述放大激光器组的驱动电路相连； 所述种子激光器驱动延时电路所做延时处理的时长小于所述放大激光器组驱动的延时模块组所做延时处理的时长。
3.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述种子激光器驱动延时电路的信号输入端与所述控制模块发出激光开启命令的信号输出端相连，所述种子激光器驱动延时电路的信号输出端与所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端相连，所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输出端与所述放大激光器组的驱动电路相连，所述种子激光器的驱动电路与所述种子激光器驱动延时电路的信号输出端相连。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的激光器系统，其特征在于，所述放大激光器组包括预放大激光器和主放大激光器； 所述放大激光器组的驱动电路包括所述预放大激光器的驱动电路和所述主放大激光器的驱动电路； 所述放大激光器组驱动的延时模块组包括预放大激光器驱动的延时模块和主放大激光器驱动的延时模块。
5.如权利要求4所述的激光器系统，其特征在于，所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输入端与所述主放大激光器驱动的延时模块的信号输入端相连，作为所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端，与所述控制模块发出激光开启命令的信号输出端相连； 所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述预放大激光器的驱动电路相连； 所述主放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述主放大激光器的驱动电路相连。
6.如权利要求4所述的激光器系统，其特征在于，所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输入端作为所述放大激光器组驱动的延时模块组的信号输入端，与种子激光器驱动延时模块的信号输出端相连； 所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述主放大激光器驱动的延时模块的信号输入端相连；所述主放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述主放大激光器的驱动电路相连；所述预放大激光器驱动的延时模块的信号输出端与所述预放大激光器的驱动电路相连。
【文档编号】H01S3/10GK203967506SQ201420368502
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】夏江帆, 陈庆荣, 赵青春 申请人:广东高聚激光有限公司, 苏州华必大激光有限公司