一种复合脉冲激光器及其工作方法与流程

本发明属于激光器，特别涉及一种复合脉冲激光器及其工作方法。

背景技术：

1、传统的激光打孔多采用大能量长脉冲(微秒或毫秒)激光和高重复频率、高峰值功率的短脉冲(纳秒或皮秒)激光器，二者的打孔效果各具特点。其中长脉冲激光器脉冲能量大、作用时间长，通过对材料加热使之能有效地发生熔融和气化，从而实现材料去除并达到较高的打孔速率，但是打孔过程中会产生再铸层及微裂纹，导致打孔质量下降。当采用高峰值功率短脉冲激光器打孔时，材料的热影响区小，能获得较高的打孔质量，但由于平均功率较低，难以实现高打孔速率。因此为了实现高速度、高质量的打孔效果，采用单一的长脉冲或者短脉冲激光器会增加激光器的制造难度和成本，长短脉冲复合激光打孔方法应运而生，并且理论和实验研究都已经证明，复合脉冲激光能有效结合长脉冲和短脉冲打孔的优势，在提高打孔效率的同时保证较好的打孔质量，或增强激光毁伤效能。

2、目前的复合激光脉冲打孔装置大多是将一台以上的长、短脉冲激光器进行光束合成，使双光束在空间指向上完全重合，从而实现对材料的复合脉冲打孔。但这种装置不仅需要采用多台激光器，还须配备高精度时序控制模块和光束合成装置，不可避免造成系统体积庞大，结构复杂，而且研制成本高，可靠性差，因此亟需开发出一种具备多种脉冲输出功能的激光源。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种复合脉冲激光器及其工作方法，解决了现有复合激光脉冲系统体积庞大，结构复杂的技术问题，本发明降低了复合脉冲激光系统的研制成本和结构复杂度，有利于提高激光打孔效果以及激光毁伤效能。

2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种复合脉冲激光器，包括耦合输出镜、激光增益模块、偏振分光片、第一脉冲调制模块、第一反射镜、第二脉冲调制模块和第二反射镜；

4、耦合输出镜和第一反射镜组成第一脉冲激光谐振腔；耦合输出镜和第二反射镜组成第二脉冲激光谐振腔；

5、激光增益模块包括激光增益介质和泵浦源；泵浦源发出的泵浦光射入激光增益介质，在激光增益介质中产生两路偏振态正交的光束，记为第一路光束和第二路光束；

6、第一路光束到达偏振分光片后被反射，经过第一脉冲调制模块实现脉冲产生，后经过第一反射镜反射进入第一脉冲激光谐振腔；

7、第二路光束到达偏振分光片后被透射，经过第二脉冲调制模块实现脉冲产生，后经过第二反射镜反射进入第二脉冲激光谐振腔；

8、第一路光束和第二路光束在第一脉冲激光谐振腔和第二脉冲激光谐振腔内振荡并通过耦合输出镜输出，形成复合脉冲激光。

9、进一步的，耦合输出镜为部分反射镜，耦合输出镜的反射率为10％～95％；

10、第一反射镜和第二反射镜的反射率大于99％。

11、进一步的，经第一反射镜反射的第一路光束依次经过第一脉冲调制模块、偏振分光片、激光增益介质后到达耦合输出镜，一部分经耦合输出镜射出，另一部分依次经过激光增益介质、偏振分光片第一脉冲调制模块后返回第一反射镜，形成第一路光束的振荡；

12、经第二反射镜反射的第二路光束依次经过第二脉冲调制模块、偏振分光片、激光增益介质后到达耦合输出镜，一部分经耦合输出镜射出，另一部分依次经过激光增益介质、偏振分光片、第二脉冲调制模块后返回第一反射镜，形成第二路光束的振荡。

13、进一步的，激光增益介质为各向异性晶体材料；

14、各向异性晶体材料包括nd:yvo4、nd:ylf或nd:gdvo4。

15、进一步的，激光增益介质为圆柱体或立方体；

16、当激光增益介质为圆柱体时，圆柱体的两个圆形端面分别作为第一路光束或第二路光束的入射面和出射面；泵浦光的入射面为圆柱体的圆形端面或圆柱形侧面；

17、激光增益介质中，泵浦光的入射面、第一路光束的入射面和出射面以及第二路光束的入射面和出射面均为透过率99％以上的通光面。

18、进一步的，激光增益介质为圆柱体；

19、泵浦光的入射面为圆柱体的圆形端面时，泵浦光与圆柱体的轴线平行，泵浦光的入射面为圆柱形侧面时，泵浦光与圆柱体的轴线垂直；

20、圆柱体激光增益介质的圆形端面与圆柱体的轴线呈3°～15°楔角。

21、进一步的，偏振分光片的工作角度为45°～56°。

22、进一步的，第一脉冲调制模块和第二脉冲调制模块为声光调q、电光调q、转镜调q、被动调q或锁模装置中的一种。

23、进一步的，第一路光束经第一脉冲调制模块形成的脉冲激光与第二路光束经第二脉冲调制模块形成的脉冲激光频率或脉宽不同。第一脉冲调制模块和第二脉冲调制模块可以相同也可以不同。同样的脉冲调制模块可以采用不同的调制参数来实现不同重复频率的脉冲输出；不同的调制模块除了可以获得不同频率的脉冲外，也可获得不同脉宽。

24、上述一种复合脉冲激光器的工作方法，包括：

25、泵浦源发出的泵浦光射入激光增益介质，在激光增益介质中产生两路振动方向垂直的光束，记为第一路光束和第二路光束；

26、第一路光束到达偏振分光片后被反射，经过第一脉冲调制模块实现脉冲产生，后经过第一反射镜反射进入第一脉冲激光谐振腔；

27、第二路光束到达偏振分光片后被透射，经过第二脉冲调制模块实现脉冲产生，后经过第二反射镜反射进入第二脉冲激光谐振腔；

28、第一路光束和第二路光束在第一脉冲激光谐振腔和第二脉冲激光谐振腔内振荡并通过耦合输出镜输出。

29、本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

30、(1)本发明提出的一种复合脉冲激光器，基于单个激光增益模块实现了两路激光振荡，同时两路激光由于色散原因，在晶体内部的传输路径不同，因此不会存在模式竞争效应，两路激光都能实现稳定的功率输出。

31、(2)本发明提出的复合脉冲激光器，巧妙地将两种不同时域特性的脉冲激光集成在单个模块中，降低了复合脉冲激光系统的研制成本和结构复杂度，有利于提高激光打孔效果以及激光毁伤效能。

32、(3)本发明基于单个激光增益模块实现了两路激光振荡，通过对两路激光的谐振腔实施不同的脉冲调控，可以同时产生两种不同特性的激光脉冲，并经同一块耦合输出镜同轴输出，因此结构简单紧凑，集成度高，有利于实现大规模生产和应用。

技术特征：

1.一种复合脉冲激光器，其特征在于，包括耦合输出镜(1)、激光增益模块(2)、偏振分光片(3)、第一脉冲调制模块(4)、第一反射镜(5)、第二脉冲调制模块(6)和第二反射镜(7)；

2.根据权利要求1所述的一种复合脉冲激光器，其特征在于，耦合输出镜(1)为部分反射镜，耦合输出镜(1)的反射率为10％～95％；

3.根据权利要求2所述的一种复合脉冲激光器，其特征在于，经第一反射镜(5)反射的第一路光束依次经过第一脉冲调制模块(4)、偏振分光片(3)、激光增益介质后到达耦合输出镜(1)，一部分经耦合输出镜(1)射出，另一部分依次经过激光增益介质、偏振分光片(3)、第一脉冲调制模块(4)后返回第一反射镜(5)，形成第一路光束的振荡；

4.根据权利要求1所述的一种复合脉冲激光器，其特征在于，激光增益介质为各向异性晶体材料；

5.根据权利要求1所述的一种复合脉冲激光器，其特征在于，激光增益介质为圆柱体或立方体；

6.根据权利要求5所述的一种复合脉冲激光器，其特征在于，激光增益介质为圆柱体；

7.根据权利要求1所述的一种复合脉冲激光器，其特征在于，偏振分光片(3)的工作角度为45°～56°。

8.根据权利要求1所述的一种复合脉冲激光器，其特征在于，第一脉冲调制模块(4)和第二脉冲调制模块(6)为声光调q、电光调q、转镜调q、被动调q或锁模装置中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种复合脉冲激光器，其特征在于，第一路光束经第一脉冲调制模块(4)形成的脉冲激光与第二路光束经第二脉冲调制模块(6)形成的脉冲激光频率或脉宽不同。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种复合脉冲激光器的工作方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种复合脉冲激光器，包括耦合输出镜、激光增益模块、偏振分光片、第一、二脉冲调制模块、第一、二反射镜；耦合输出镜和第一反射镜组成第一脉冲激光谐振腔；耦合输出镜和第二反射镜组成第二脉冲激光谐振腔。本发明还公开了复合脉冲激光器的工作方法，泵浦光被激光增益介质吸收后产生两路激光光束；第一路到达偏振分光片后被反射，经过第一脉冲调制模块实现脉冲产生，后进入第一脉冲激光谐振腔；第二路到达偏振分光片后被透射，经过第二脉冲调制模块实现脉冲产生，后进入第二脉冲激光谐振腔；第一、二路光束通过耦合输出镜耦合输出。本发明降低了复合脉冲激光系统的研制成本和结构复杂度，有利于提高激光打孔效果以及激光毁伤效能。

技术研发人员：何苗,郑也,邹岩,王军龙,马梓洋,刘小溪
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14