[發明專利]基于弛豫效應的脈沖光纖激光器

有效

• 申請號: 201810135248.7
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108233159B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 戈燕;陳鵬;許平平;宗有剛;李同寧;游毓麒
• 申請（專利權）人: 無錫源清瑞光激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/091
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 張歡勇

本發明公開了一種基于弛豫效應的脈沖光纖激光器，包括傳感器模塊、控制模塊、驅動模塊以及光模塊，驅動模塊用于驅動泵浦二極管，傳感器模塊包括峰值檢測模塊以及光電探測器，光電探測器用于檢測激光脈沖，并將光信號轉化成電流信號，峰值檢測模塊用于檢測電流信號的峰值，峰值檢測模塊連接控制模塊，在一個激光脈沖周期中，控制模塊在檢測到峰值電流信號之前控制驅動模塊使驅動模塊斷開二極管。控制模塊可以通過調節驅動模塊進而對泵浦激光器進行調制。通過控制模塊的調制，在光纖激光器中激光形成的第一脈沖尖峰結束前停止泵浦，可以得到脈寬小于第一尖峰的激光脈沖。通過控制模塊的調制，可以獲得所需脈寬的光纖激光器脈沖。

技術領域

本發明涉及脈沖光纖激光器領域，具體涉及基于弛豫效應的脈沖光纖激光器。

背景技術

光纖激光器是指用摻雜稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器，因其具有光束質量小、光電轉換效率高、成本低、穩定性好、體積小等優點，對傳統的激光行業產生巨大影響，光纖激光器已經被廣泛應用于工業加工、光通信、醫學、軍事等領域。目前，光纖激光器在工業上的主要作用是切割、鉆孔、焊接、打標。其中激光器打標是激光加工行業最大的應用領域之一，其基本原理是：由激光發生器生成高能量的激光光束，聚焦后的激光作用于承印材料，使表面材料瞬間熔融，甚至氣化，通過控制激光在材料表面的路徑，從而形成需要的圖文標記。

現在應用于工業打標的光纖激光器類型主要有調Q激光器與MOPA(主振蕩功率放大器) 激光器。其中，調Q激光器成本比較高，打標基材易變形，底紋粗糙，脈沖波形單一不可調制。相比較而言，MOPA光纖激光器底紋細膩不變形、脈沖波形可調制，應用范圍更廣。但是 MOPA光纖激光器是通過調制種子源來對激光脈沖進行調節，在現有技術條件下，泵浦激光還做不到與種子源激光脈沖一致，這樣泵浦激光必須在激光脈沖前進入雙包層光纖，并且在脈沖結束后才能停止泵浦，因此，增益光纖中的泵浦光不能被完全吸收，導致MOPA激光器非工作時段仍有激光輸出，達不到完全關閉。

發明內容

本發明要解決的技術問題是解決上述現有技術的不足，提供一種可完全吸收泵浦光的脈沖光纖激光器。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于弛豫效應的脈沖光纖激光器，包括傳感器模塊、控制模塊、驅動模塊以及光模塊，所述光模塊包括用于產生泵浦光的泵浦二極管、用于形成諧振腔的高反光柵和低反光柵、用于去除殘余泵浦光的包層光剝離器以及用于激光輸出的激光輸出接頭，在高反光柵和低反光柵之間設置用于對泵浦光吸收產生所需激光的增益光纖，驅動模塊用于驅動泵浦二極管，傳感器模塊包括峰值檢測模塊以及光電探測器，光電探測器用于檢測激光脈沖，并將光信號轉化成電流信號，峰值檢測模塊用于檢測電流信號的峰值，峰值檢測模塊連接控制模塊，在一個激光脈沖周期中，控制模塊在檢測到峰值電流信號之前控制驅動模塊使驅動模塊斷開二極管。

進一步的，驅動模塊包括PWM脈寬調制控制器、兩個MOS管以及電感和輸入輸出電容，MOS管的柵極均連接PWM脈寬調制控制器由其控制MOSFET的通斷，其中一個MOS管的源極和漏記分別連接電源和電感用于形成電感充磁通路，另一個MOS管的源極和漏極則分別連接電感和泵浦二極管用于形成電感續流回路。

進一步的，驅動模塊還包括電流采樣反饋誤差放大器、電壓采樣反饋誤差放大器，電流采樣反饋誤差放大器的端部分別連接電感和PWM脈寬調制控制器，電壓采樣反饋誤差放大器的端部分別連接電感和PWM脈寬調制控制器。

進一步的，所述峰值檢測模塊包括跨導放大器以及ADC采樣模塊，跨導放大器連接光電探測器和基準電壓，將光感應電流轉化為電壓信號，ADC采樣模塊對電壓信號進行采樣，并將采樣到的電壓信號傳送給控制模塊。

進一步的，還包括單個脈沖焦耳能量模塊，其包括正向誤差積分電路以及ADC采樣模塊，正向誤差積分電路對單個脈沖的激光輸出進行積分轉化成一個恒定電壓，ADC采樣模塊對恒定電壓進行采樣，并將采樣信號傳送給控制模塊。