基于高重频激光器的单脉冲选择装置

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种基于高重频激光器的单脉冲选择装置。

背景技术：

1、激光由于具备良好的方向性、单色性和相干性等特点，已广泛应用于信息存储、光电子技术、光信息处理、卫星遥感、工业加工、医疗技术、光谱诊断、光电对抗等领域。在激光加工、激光与物质相互作用等某些特定领域中，单个的脉冲激光有着重要的作用；同时在激光器研制过程中，为了获得高脉冲能量的超短脉冲，常常需要降低脉冲重复频率。

2、目前降低高脉冲激光重复频率/单脉冲激光输出的方法主要有电光调制器、声光调制器等脉冲选择器、电控等方式。脉冲选择器受限于器件材料的性质，仅适用于某些特定波长，且会带来激光功率损耗；电控方式往往会改变激光器运行时的状态，容易造成激光器损坏。

3、北京电子科技职业学院王霆等人(专利号cn209674102u)通过三个驱动电机和两个反射棱柱实现激光斩波，相比于本装置其结构相对复杂；反射棱柱要求精度较高且加工成本高、加工周期长，且易造成能量损失；反射棱镜镀膜需适配激光波长及激光能量；且未提到能够选取单脉冲。

4、成都诺为光科科技有限公司郑轶等人(专利号cn212810844u)通过触发电路和斩波器结合，实现激光器与斩波器同步，以此来降低激光频率，但无法实现单脉冲输出，且相较于本装置，其电路结构复杂，不宜与在实验平台开展相关实验。

5、中国科学院上海光学精密机械研究所莽燕萍等人(专利号cn1021945c)通过输出负电压脉冲信号的光电探测器，由可调阈值电平触发器，脉冲形成电路和脉冲放大器构成的同步触发电路，由电阻电容、主导雪崩晶体管串和随动雪崩晶体管串等构成的高压毫微秒脉冲发生器和以集成化的脉冲宽度调制器为核心的连接有功率驱动器、取样反馈电路，调节电压预期值电路和低压直流电源的直流高压稳压电源四大部分组成的系统实现单脉冲输出，与该装置相比，其电路结构较为复杂，且其使用寿命有限。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决目前高重频激光器单脉冲输出存在的波段限制、功率损耗、成本高以及基于实验平台的调试难度大等问题，提供一种适用于实验室条件下全波段高重频脉冲激光单脉冲选择装置。

2、本发明的技术解决方案如下：

3、一种基于高重频激光器的单脉冲选择装置，其特点在于，包括主机单元、从机单元、激光能量计、信号转换模块、电源模块和分光模块；所述电源模块与信号转换模块相连；所述主机单元包括第一伺服驱动电机和安装在该第一伺服驱动电机的轴杆上的第一圆形斩光板，所述从机单元包括第二伺服驱动电机和安装在该第二伺服驱动电机的轴杆上的第二圆形斩光板，且所述第一圆形斩光板和第二圆形斩光板相对放置，转动方向相反；激光依次经第一圆形斩光板和第二圆形斩光板的孔位后，经分光模块分为两束，一束用于激光输出，另一束入射至激光能量计，当能量计接收到激光信号即单脉冲激光时，将光信号转化为模拟量信号，通过信号转换模块转换为开关量信号，并作为信号源以控制从机单元的停止运转，实现高重频激光器的单脉冲输出。

4、第一圆形斩光板通过螺钉组合在第一伺服驱动电机的轴杆，组成主机单元；第二圆形斩光板通过螺钉组合在第二伺服驱动电机的轴杆，组成从机单元。主机单元和从机单元的斩光板相对放置，其转动方向相反，构成单脉冲选择单元的主体结构。将主体结构置于光路中，调整至使激光能通过斩光板上的孔位，连通电源使电机转动。其运转速度可根据激光器的重复频率选取，并通过调节伺服驱动电机控制其相应的转动速度。当激光通过斩光板孔位后，通过分光镜将其分为两束，一束用于实现激光输出，另一束入射至激光能量计。当能量计接收到激光信号即单脉冲激光时，可将光信号转化为模拟量信号，然后通过24v电源供电的模拟量-开关量信号将其转换为开关量信号，该开关量信号作为信号源以控制从机单元的停止运转，而此时主机单元仍能正常工作，但由于激光不能穿过从机单元的挡光板从而全部被其吸收，故实验了实现了高重频激光器的单脉冲输出。

5、与现有技术相比，本发明的优点：

6、1)该方案基于斩光方法实现，无需选择特定波段的透过材质就可实现全波段的单脉冲筛选，且激光器脉冲能量不会损耗。

7、2)该方案较电控方式相比操作更简单，通过调配两个伺服驱动电机的运转速度以及两个斩光板上孔位的大小，可实现不同重复频率、不同脉宽脉冲激光的单脉冲筛选，便于实验平台上相关实验的开展。

8、3)该方案中使用主机单元和从机单元两个斩光板来控制激光单脉冲输入，无需过高的电机转动速度，仅需通过激光器实际运行重复频率选择相应的转动速度使激光脉冲能够穿过两挡光板上的孔位。同时两块挡光板能有效的延长两个脉冲通过两孔位的时间，从机停止的精度无需过高，利于节约成本。

9、4)装置操作简单，无复杂电路，便于调节。

10、5)通过调节主机单元和从机单元的运转速率以及模拟量信号控制从机单元的运转方式，可实现连续激光-脉冲激光的转换和降低高重频脉冲激光器的重复频率。

技术特征：

1.一种基于高重频激光器的单脉冲选择装置，其特征在于，包括主机单元、从机单元、激光能量计、信号转换模块、电源模块和分光模块；所述电源模块与信号转换模块相连；所述主机单元包括第一伺服驱动电机和安装在该第一伺服驱动电机的轴杆上的第一圆形斩光板，所述从机单元包括第二伺服驱动电机和安装在该第二伺服驱动电机的轴杆上的第二圆形斩光板，且所述第一圆形斩光板和第二圆形斩光板相对放置，转动方向相反；激光依次经第一圆形斩光板和第二圆形斩光板的孔位后，经分光模块分为两束，一束用于激光输出，另一束入射至激光能量计，当能量计接收到激光信号即单脉冲激光时，将光信号转化为模拟量信号，通过信号转换模块转换为开关量信号，并作为信号源以控制从机单元的停止运转，通过调配两个伺服驱动电机的运转速度以及两个斩光板上孔位的大小，实现不同重复频率、不同脉宽脉冲激光的单脉冲筛选。

2.根据权利要求1所述的基于高重频激光器的单脉冲选择装置，其特征在于，所述分光模块为45°长波分束镜。

技术总结
本发明公开一种基于高重频激光器的单脉冲选择装置，脉冲激光依次通过高转速伺服电机驱动运转带有小孔位斩光板、低转速伺服电机驱动运转带有大孔位斩光板后经分光镜，使其中一束光入射到激光能量计，通过能量计表头将光信号转化为模拟量信号，再经模拟量转开光量模块将上述模拟量信号转化为开关量信号，以此开关量信号控制低转速伺服电机停止运转，另一束光为输出激光。最终当有一个脉冲光信号转化为开关量信号，低转速伺服电机停止转动，以实现高重频激光器的单脉冲激光输出。

技术研发人员：钱传鹏,孙佳鑫,施翔春,叶锡生
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4