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脉冲光纤激光器

阅读：1051发布：2020-09-19

IPRDB可以提供脉冲光纤激光器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种脉冲光纤激光器，包括光模块，还包括：控制信号输入端，用于接收脉冲控制信号；脉宽提取电路，用于提取脉冲控制信号的脉宽信息；脉冲信号处理电路，用于在监测到脉冲控制信号的下降沿时，根据脉宽信息触发一个具有目标脉宽的脉冲；种子源激光器，用于根据脉冲生成种子源光脉冲信号；以及泵浦激光器，用于根据脉冲控制信号的脉冲幅值生成具有目标功率的泵浦光脉冲信号；光模块用于在种子源光脉冲信号和泵浦光脉冲信号的作用下生成目标激光。上述脉冲光纤激光器的工作过程只需要输入一个脉冲控制信号即可，无需使用多根线来传输各控制信号，从而可以大大简化脉冲光纤激光器的结构，有利于降低其体积，实现小型化。，下面是脉冲光纤激光器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种脉冲光纤激光器，包括光模块，其特征在于，还包括：

控制信号输入端，用于接收脉冲控制信号；

脉宽提取电路，与所述控制信号输入端连接；所述脉宽提取电路用于提取所述脉冲控制信号的脉宽信息；

脉冲信号处理电路，分别与所述控制信号输入端、所述脉宽提取电路连接；所述脉冲信号处理电路用于在监测到所述脉冲控制信号的下降沿时，根据所述脉宽信息触发一个具有目标脉宽的脉冲；

种子源激光器，与所述脉冲信号处理电路连接，用于根据所述脉冲生成种子源光脉冲信号；以及泵浦激光器，与所述控制信号输入端连接，用于根据所述脉冲控制信号的脉冲幅值生成具有目标功率的泵浦光脉冲信号；

所述光模块分别与所述种子源激光器、所述泵浦激光器连接，用于在所述种子源光脉冲信号和所述泵浦光脉冲信号的作用下生成目标激光。

2.根据权利要求1所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，所述脉冲信号处理电路包括FPGA芯片。

3.根据权利要求1所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，所述泵浦激光器包括恒流驱动电路；所述恒流驱动电路用于根据所述脉冲控制信号的脉冲幅值生成相应的驱动电流以驱动所述泵浦激光器。

4.根据权利要求1所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，所述种子源激光器为功率在10兆瓦～20兆瓦的激光器。

5.根据权利要求1所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，还包括存储器；所述存储器用于存储所述脉冲控制信号的脉冲幅值和目标功率的对应关系表；所述泵浦激光器用于根据所述脉冲幅值利用所述对应关系表获取目标功率。

6.根据权利要求5所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，所述存储器还用于存储所述脉冲控制信号的脉宽与目标脉宽的对应关系表；所述脉冲信号处理电路用于根据所述脉冲控制信号的脉宽利用所述对应关系表获取所述目标脉宽。

7.根据权利要求1所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光模块包括光纤功率放大器。

8.根据权利要求7所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，所述光纤功率放大器采用掺稀土元素光纤作为增益介质。

9.根据权利要求1所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，还包括控制器；所述控制器用于控制所述种子源激光器滞后于所述泵浦激光器开启。

10.根据权利要求1所述的脉冲光纤激光器，其特征在于，还包括控制信号生成电路；所述控制信号生成电路与所述控制信号输入端连接，用于生成所述脉冲控制信号。

说明书全文

脉冲光纤激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种脉冲光纤激光器。

背景技术

[0002] 传统的脉冲光纤激光器的控制过程需要使用12根线来传输控制信号。12根线包括功率信号线8根，频率信号线1根，脉宽信号线1根以及MO(主振荡器)开关信号1根。这种脉冲光纤激光器在传输控制信号时需要的线数太多，且用于控制的切换开关模块也较多，从而导致结构复杂体积较大，不利于小型化发展。

发明内容

[0003] 基于此，有必要提供一种结构简单且体积较小的脉冲光纤激光器。

[0004] 一种脉冲光纤激光器，包括光模块，还包括：控制信号输入端，用于接收脉冲控制信号；脉宽提取电路，与所述控制信号输入端连接；所述脉宽提取电路用于提取所述脉冲控制信号的脉宽信息；脉冲信号处理电路，分别与所述控制信号输入端、所述脉宽提取电路连接；所述脉冲信号处理电路用于在监测到所述脉冲控制信号的下降沿时，根据所述脉宽信息触发一个具有目标脉宽的脉冲；种子源激光器，与所述脉冲信号处理电路连接，用于根据所述脉冲生成种子源光脉冲信号；以及泵浦激光器，与所述控制信号输入端连接，用于根据所述脉冲控制信号的脉冲幅值生成具有目标功率的泵浦光脉冲信号；所述光模块分别与所述种子源激光器、所述泵浦激光器连接，用于在所述种子源光脉冲信号和所述泵浦光脉冲信号的作用下生成目标激光。

[0005] 上述脉冲光纤激光器的工作过程只需要输入一个脉冲控制信号即可，无需使用多根线来传输各控制信号，从而可以大大简化脉冲光纤激光器的结构，有利于降低其体积，实现小型化。

[0006] 在其中一个实施例中，所述脉冲信号处理电路包括FPGA芯片。

[0007] 在其中一个实施例中，所述泵浦激光器包括恒流驱动电路；所述恒流驱动电路用于根据所述脉冲控制信号的脉冲幅值生成相应的驱动电流以驱动所述泵浦激光器。

[0008] 在其中一个实施例中，所述种子源激光器为功率在10兆瓦～20兆瓦的激光器。

[0009] 在其中一个实施例中，还包括存储器；所述存储器用于存储所述脉冲控制信号的脉冲幅值和目标功率的对应关系表；所述泵浦激光器用于根据所述脉冲幅值利用所述对应关系表获取目标功率。

[0010] 在其中一个实施例中，所述存储器还用于存储所述脉冲控制信号的脉宽与目标脉宽的对应关系表；所述脉冲信号处理电路用于根据所述脉冲控制信号的脉宽利用所述对应关系表获取所述目标脉宽。

[0011] 在其中一个实施例中，所述光模块包括光纤功率放大器。

[0012] 在其中一个实施例中，所述光纤功率放大器采用掺稀土元素光纤作为增益介质。

[0013] 在其中一个实施例中，还包括控制器；所述控制器用于控制所述种子源激光器滞后于所述泵浦激光器开启。

[0014] 在其中一个实施例中，还包括控制信号生成电路；所述控制信号生成电路与所述控制信号输入端连接，用于生成所述脉冲控制信号。

附图说明

[0015] 图1为一实施例中的脉冲光纤激光器的结构框图；

[0016] 图2为一实施例中的脉冲光纤激光器工作过程中产生的各脉冲信号的时序图。

具体实施方式

[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0018] 参见图1，该脉冲光纤激光器包括控制信号输入端110、脉宽提取电路120、脉冲信号处理电路130、种子源激光器140、泵浦激光器150和光模块160。其中，脉宽提取电路120、脉冲信号处理电路130以及泵浦激光器150分别与控制信号输入端110连接。脉冲信号处理电路130还与脉宽提取电路120连接。种子源激光器140与脉冲信号处理电路130。

[0019] 控制信号输入端110用于接收脉冲控制信号。脉冲控制信号可以为一个，类似PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)的控制信号。脉冲控制信号由外部输入，并可以根据实际需要对脉冲控制信号的脉冲宽度(以下均称为脉宽)、脉冲幅值以及频率进行调整，从而对整个脉冲光纤激光器的工作进行控制。

[0020] 脉宽提取电路120用于接收控制信号输入端110输入的脉冲控制信号，并提取其脉宽信息。

[0021] 脉冲信号处理电路130用于接收控制信号输入端110接收到的脉冲控制信号。脉冲信号处理电路130对该脉冲控制信号进行监测，仅在监测到脉冲控制信号的下降沿到来时，根据脉宽提取电路120提取的脉宽信息触发一个具有目标脉宽的脉冲，以对种子源激光器140进行触发。脉冲信号处理电路130可以通过FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片实现。目标脉度与提取到的脉宽具有一定的对应关系，该对应关系表可以通过存储器进行存储。在一实施例中，上述脉冲光纤激光器还包括存储器，以存储该对应关系表。在其他的实施例中，该脉冲光纤激光器也可以直接向外部获取该对应关系表。由于脉冲信号处理电路130仅在脉冲控制信号的下降沿处触发生成一个脉冲，从而可以实现脉冲光纤激光器的逐脉冲控制，进而精确控制光脉冲的个数。而传统的激光器中，光脉冲需要受到多个信号如频率信号和开光信号的共同决定，如果二者不同步或者开光信号不去计算频率的周期的话，是无法控制光脉冲的个数的。本实施例中的脉冲光纤激光器可以很好的解决该问题。

[0022] 种子源激光器140也称为主振动器(Master Oscillator，MO)。种子源激光器140和泵浦激光器150构成的光纤激光器称为MOPA结构脉冲光纤激光器。种子源激光器140用于在脉冲信号处理电路130输出的脉冲的控制下产生具有目标脉宽的种子源光脉冲信号。也即，在本实施例中，通过对输入的脉冲控制信号的脉宽进行提取，即可提取到目标脉宽的相关信息，从而无需再通过单独的控制线(如3线式的SPI协议)来传递目标激光的脉宽信息，进而可以简化结构并降低成本。同时，由于3线式的SPI协议传递和解码都需要时间，所以开光途中是无法对脉宽进行修改的，而本实施例中可以通过对脉冲控制信号的脉宽的修改，来实现开光途中修改脉宽。

[0023] 种子源激光器140采用一个小功率激光器。该激光器的功率为10MW～20MW之间，选用波长在1064nm左右。小功率激光器很容易通过驱动电流来直接调制输出参数，如频率、脉宽、脉冲波形以及功率大小等，并通过尾纤把种子源光脉冲信号串联至光模块160中。光模块160包括光纤功率放大器(Power Amplifier，PA)162，以对该种子源光脉冲信号进行放大处理。

[0024] 泵浦激光器150用于根据输入的脉冲控制信号的脉冲幅值生成具有目标功率的泵浦光脉冲信号。具体地，目标功率和提取到的幅值具有一定的对应关系，该对应关系表可以通过存储器进行存储，也可以由脉冲光纤激光器直接向外部获取。在本实施例中，泵浦激光器150包括恒流驱动电路。恒流驱动电路用于根据脉冲控制信号的幅值生成相应的驱动电流以驱动泵浦激光器，从而使得泵浦激光器150生成具有目标功率的泵浦光脉冲信号。也即，在本实施例中，将脉冲控制信号的幅值作为模拟量，来控制泵浦激光器的电流，从而无需专门的数模转换芯片来将脉冲控制信号转换为模拟信号，也即省去了一个数模转换芯片，从而可以节省成本并降低整个脉冲光纤激光器的结构的复杂度。

[0025] 光模块160在种子源激光器140发出的种子源光脉冲信号和泵浦激光器150发出的泵浦光脉冲信号的共同作用下生产目标激光。目标激光的脉冲宽度与种子源激光器140的种子源光脉冲信号的脉宽相同，并且其频率与种子源光脉冲信号的频率相同。目标激光的功率由泵浦激光器150的泵浦光脉冲信号的目标功率来决定。在本实施例中，光模块160的光纤功率放大器采用掺稀土元素光纤作为增益介质。由泵浦激光器140所产生的泵浦光脉冲信号在光纤纤芯内形成高功率密度使得掺杂稀土离子能级形成“粒子数反转”，最后在光纤介质中因种子源光脉冲信号产生受激福射，形成目标激光。

[0026] 脉冲光纤激光器工作过程中产生的各脉冲信号的时序图如图2所示。图2中，脉冲控制信号的脉宽与脉冲光纤激光器内的各脉冲的脉宽具有一定的比例关系。因为激光器的脉宽都是纳秒级的，而脉冲控制信号(也即外部控制信号)需要传递功率信号，其脉宽在微秒级以上。从图2中可以看出，脉冲控制信号的幅值可调，且幅值大小同样要和泵浦激光器150的驱动电流设定一定的比例关系。为确保准确触发激光器的脉冲信号，脉冲控制信号需要清晰无抖动的下降沿。

[0027] 从图2上可以看出，该脉冲光纤激光器工作时，外部只需要提供一个脉冲控制信号来控制脉冲光纤激光器的功率、频率、开光和关光即可，其无需使用多根线来传输各控制信号，从而可以大大简化脉冲光纤激光器的结构，有利于降低其体积，实现小型化。并且可以对每个脉冲的宽度，和高度进行控制，精确到每个脉冲，从而实现对脉冲光纤激光器的精准控制。

[0028] 在一实施例中，上述脉冲光纤激光器在前述实施例的基础上，还包括控制信号生成电路和控制器。

[0029] 控制信号生成电路与控制信号输入端连接。控制信号生成电路用于根据实际需要生成的激光生成具有一定幅值、脉宽和频率的脉冲控制信号。

[0030] 控制器则用于对泵浦激光器150和种子源激光器140的工作进行控制。具体地，控制器用于控制种子源激光器140滞后于泵浦激光器150开启，从而避免出现首个脉冲信号没有输出且受到预冲能的大小影响的问题。

[0031] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0032] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

标题	发布/更新时间	阅读量
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