一种消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的控制方法技术

一种消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的控制方法，属于脉冲光纤激光器技术领域。本发明专利技术的目的是针对现有输出脉冲不平滑的问题，提出一种消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的控制方法。控制方法包括增益光纤4(双包层光纤)最优长度的选取操作；泵浦源输出最佳功率的控制操作；Q开关参数的调节操作。本发明专利技术利用现有普遍的实验装置，通过归纳总结，得出一套清晰高效的操作步骤，即增益光纤的优化、最佳泵浦功率的选取、重复频率的调节以及信号发生器的开启时间、上升时间以及下降时间的控制等方法步骤。利用上述步骤方法，能够有效去掉脉冲不平滑部分，从而达到消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的目的，优化输出脉冲波形的形状。

Control method for eliminating unsmooth pulse of output pulse of Q pulse fiber laser

The invention discloses a control method for eliminating the unsmooth pulse of an output pulse of an Q pulse fiber laser, belonging to the technical field of pulse fiber lasers. The object of the invention is to provide a method for eliminating the unsmooth pulse of an output pulse of an Q pulse fiber laser in order to solve the problem that the output pulse is not smooth. The control method includes the selection of the optimum length of the gain fiber 4 (double clad fiber); the control operation of the pump source to output the optimum power; and the adjustment operation of the Q switching parameter. The invention using the experimental device of the existing common, through the summary, draw a clear and efficient operation steps, namely optimization, the optimal pump power gain fiber selection, repetition frequency regulation and signal generator opening time, rise time and fall time control method. By using the steps and methods mentioned above, the unsmooth part of the pulse can be effectively removed, thereby achieving the aim of eliminating the unsmooth pulse of the output pulse of the Q pulse fiber laser and optimizing the shape of the output pulse waveform.

【技术实现步骤摘要】
一种消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的控制方法
本专利技术属于脉冲光纤激光器
，具体涉及一种消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的控制方法。
技术介绍
脉冲光纤激光器能够产生功率极高的窄脉冲，并且具有质量好、成本低、体积小、散热性能好等优点，因此在激光加工、通信、医学、军事等实际生活领域中有着广泛的应用。目前，脉冲光纤激光器输出高功率、高品质的窄脉冲方式主要有调Q技术、锁模技术以及主振荡功率放大(MOPA)技术。其中主动调Q脉冲光纤激光器在具有脉冲光纤激光器的一系列优点的同时，还具有输出脉冲重频、脉宽稳定且容易调节的性能，因此在脉冲光纤激光器中占有非常重要的位置。但是，调Q脉冲光纤激光器会产生不平滑的脉冲，降低了输出脉冲的质量，难以得到理想的平滑高斯脉冲波形，从而影响激光加工效果，更具有安全隐患；如果将调Q脉冲光纤激光器产生的脉冲作为种子源进行放大，不平滑的脉冲依旧会影响放大系统，造成放大器的损伤。因此，如何控制并消除主动调Q脉冲光纤激光器输出脉冲的不平滑，也将成为脉冲光纤激光器研究的重点之一。
技术实现思路
针对现有调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑问题，本专利技术提出一种消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的控制方法。其目的在于通过控制影响输出脉冲平滑度的因素，从而消除输出脉冲的不平滑问题，提高脉冲光纤激光器输出脉冲的质量。为了实现上述目的，本专利技术提供的控制方法可以包括：增益光纤4(双包层光纤)最优长度的选取操作；泵浦源输出最佳功率的控制操作；Q开关参数的调节操作。双包层光纤最优长度的选取操作可以包括：当泵浦功率以及Q开关参数固定时，双包层光纤最优长度的选取操作；当泵浦功率以及Q开关参数可变时，双包层光纤最优长度的选取操作。泵浦源输出最佳功率的控制操作可以包括：当Q开关参数以及光纤长度固定时，泵浦功率的控制操作；当Q开关参数以及光纤长度可变时，泵浦功率的控制操作。Q开关的参数的调节操作可以包括：当Q开关的重复频率固定，Q开关的开启时间、上升时间以及下降时间的调节操作；当Q开关的开启时间固定，Q开关的重复频率、上升时间以及下降时间的调节操作；当Q开关的上升时间固定，Q开关的重复频率开启时间以及下降时间的调节操作；当Q开关的下降时间固定，Q开关的重复频率、开启时间以及下降时间的调节操作。依据本专利技术的介绍，上述的Q开关可以包括：Q开关调制器以及能够改变Q开关调制器重复频率、开启时间、上升时间和下降时间的信号发生器(PSG)。Q开关调制器常见的包括声光Q调制器或电光Q调制器,信号发生器还可以配置改变信号波形以及幅度的命令功能。如图1结构所示，调Q脉冲光纤激光器由多模泵浦源8、泵浦源保护器7、光纤合束器6、低反光栅5、增益光纤4、声光调制器(AOM)2、脉冲信号发生器(PSG)3、高反光栅1组成；测试装置由1:99的分束器9、光电探测器10、示波器11、功率计12组成。多模泵浦源8具有输出端口，泵浦源保护器7具有输入端口、输出端口；光纤耦合器6具有泵浦端口、输入端口、输出端口；泵浦源保护器7的通过波长范围包含多模泵浦源8的中心波长，阻止波长包含低反光栅5、高反光栅1的中心波长；增益光纤4的发射谱包含低反光栅5、高反光栅1的中心波长；低反光栅5、高反光栅1为一对高低反光栅；声光调制器(AOM)2具有两端尾纤和电输入端口；脉冲信号发生器(PSG)3具有电输出端口；功率计12具有光信号输入端口；示波器11具有电信号输入端口；光电探测器10具有光信号输入端口和电信号输出端口；1:99的分束器9具有功率输入、1％功率输出和99％功率输出端口。所述分束器9输入端口通过光纤合束器6的输出端口与光纤合束器6相连；分束器9的1％功率输出端口和光电探测器10的光信号输出入端口相连；光电探测器10的电信号输出端口和示波器11的电信号输出端口相连；分束器9的99％功率输出端口和功率计12光信号输入端口相连；激光器多模泵浦源8输出端口与泵浦源保护器7输入端口相连；泵浦源保护器7输出端口通过光纤合束器6的泵浦端口与光纤合束器6相连；光纤合束器6的输出端口依次与低反光栅5、增益光纤4、声光调制器2、高反光栅1相连；脉冲信号脉冲发生器(PSG)3的电输出端口与声光调制器(AOM)2的电输入端口相连。实验中器件连接部分，除了信号脉冲发生器(PSG)与声光调制器(AOM)2以及光电探测器10和示波器11的连接部分用电传输线相连外，其余器件连接部分均采用光纤熔接方式。工作过程：多模泵浦源8输出的泵浦光依次经过泵浦源保护器7、光纤合束器6、低反光栅5传输至增益光纤4，实现增益光纤4的粒子数反转。增益光纤4另一端依次连接声光调制器(AOM)2和高反光栅1，高反光栅1和低反光栅5形成激光器的两个谐振腔面，进行输出激光的选波作用，声光调制器(AOM)2是具有调节Q状态功能的Q开关器件，高反光栅1、低反光栅5、具有粒子数反转的增益光纤4、声光调制器(AOM)2共同构成调Q光纤激光器谐振腔，形成调Q脉冲的输出。脉冲信号发生器(PSG)3通过改变产生的脉冲信号的重复频率、占空比、上升时间、下降时间，相应地改变与之相连的声光调制器(AOM)2这个Q开关的重复频率、开启时间、上升沿、下降沿，从而改变输出的调Q脉冲特性，达到消除调Q脉冲光纤激光器中输出脉冲不平滑的目的。脉冲信号发生器(PSG)3对声光调制器(AOM)2的具体影响为：脉冲信号发生器(PSG)3通过其产生的信号控制与之相连的声光调制器(AOM)2进行Q状态调节，脉冲信号发生器(PSG)3输出信号处于高电平，对应于声光调制器(AOM)2这个Q开关处于开启状态；脉冲信号发生器(PSG)3输出信号处于低电平，对应于声光调制器(AOM)2这个Q开关处于关闭状态；脉冲信号发生器(PSG)3输出信号处于由低电平至高电平的上升状态，对应于声光调制器(AOM)2这个Q开关处于上升状态；脉冲信号发生器(PSG)3输出信号处于由高电平至低电平的下降状态，对应于声光调制器(AOM)2这个Q开关处于下降状态。据上所述的脉冲信号发生器(PSG)3产生的信号与声光调制器(AOM)2这个Q开关的Q状态的关系可知，脉冲信号发生器(PSG)2通过调节产生的脉冲信号的重复频率、占空比、上升时间、下降时间，声光调制器(AOM)2这个Q开关的重复频率、开启时间(开启时间＝脉冲信号周期×占空比＝1/重复频率×占空比)、上升时间、下降时间也响应地发生改变，从而改变输出的调Q脉冲特性，消除调Q光纤激光器中输出脉冲不平滑问题。根据本专利技术提供的控制方法，通过控制影响输出脉冲平滑度的因素，消除脉冲的不平滑，包括以下步骤：步骤S101，所述脉冲光纤激光器使用的增益光纤4的长度根据所需要获得脉冲的宽度(下述实例中，所需脉冲宽度为10ns～100ns，所需重复频率为10Khz～100Khz)进行计算(计算公式见实施例)，然后设定最优光纤长度；步骤S102，通过调节信号发生器3，固定Q开关声光调制器(AOM)2的重复频率为所需范围最大(实施例所需重复频率为10Khz～100Khz，因此固定为100Khz)、开启时间为脉冲信号周期(信号周期＝1/重复频率)的10％、上升时间和下降时间为开启时间的10％，将所述脉冲光纤激光器的多模泵浦源8功率从零开始增大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的控制方法，所述的调Q脉冲光纤激光器由多模泵浦源(8)、泵浦源保护器(7)、光纤合束器(6)、低反光栅(5)、增益光纤(4)、声光调制器(2)、脉冲信号发生器(3)、高反光栅(1)组成；测试装置由1:99分束器(9)、光电探测器(10)、示波器(11)、功率计(12)组成；其步骤如下：步骤S101，增益光纤(4)的长度根据所需要获得输出脉冲的宽度进行计算，然后设定最优光纤长度；步骤S102，通过调节信号发生器(3)，固定Q开关声光调制器(2)的重复频率为所需范围最大、开启时间为脉冲信号周期的10％、上升时间和下降时间为开启时间的10％，将所述脉冲光纤激光器的多模泵浦源(8)功率从零开始增大，观察示波器，当有脉冲波形生成以后，需同时观察功率计(12)和示波器(11)，输出功率会随着泵浦功率的增加而增加，输出脉冲波形两侧的次峰个数也会减少，输出脉冲波形的不平滑度降低，继续增加泵浦功率直到输出功率最高，此时输出脉冲波形两侧的次峰个数最少或两侧凹凸不平变得平滑，输出脉冲波形的不平滑度降低，对应的泵浦功率为最佳泵浦功率；步骤S103，设定上述泵浦功率为最佳泵浦功率，将所述脉冲光纤激光器Q开关声光调制器(2)的重复频率在所需范围内从大到小开始调节，通过示波器观察输出脉冲波形，脉冲波形两侧多余的次峰会再慢慢减小或者两侧凹凸不平处减少，当输出脉冲两侧次峰个数最少或两侧凹凸不平处变得平滑时，也是输出脉冲波形的不平滑度最低时，固定此时的重复频率不变；步骤S104，在以上参数设定的基础上，将所述脉冲光纤激光器Q开关声光调制器(2)的开启时间慢慢减小，同时观察输出脉冲频率和波形，输出脉冲波形两侧多余的次峰或者凹凸不平处，会随着开启时间的减小继续减少或者变得平滑，在满足输出脉冲的频率等于Q开关重复频率的前提下，输出脉冲波形不平滑度最低时，固定此时的开启时间不变；步骤S105，如果输出脉冲还存在不平滑的情况，继续通过脉冲信号发生器(3)调节Q开关声光调制器(2)的上升时间或者下降时间，进一步消除输出脉冲的不平滑。...

【技术特征摘要】
1.一种消除调Q脉冲光纤激光器输出脉冲不平滑的控制方法，所述的调Q脉冲光纤激光器由多模泵浦源(8)、泵浦源保护器(7)、光纤合束器(6)、低反光栅(5)、增益光纤(4)、声光调制器(2)、脉冲信号发生器(3)、高反光栅(1)组成；测试装置由1:99分束器(9)、光电探测器(10)、示波器(11)、功率计(12)组成；其步骤如下：步骤S101，增益光纤(4)的长度根据所需要获得输出脉冲的宽度进行计算，然后设定最优光纤长度；步骤S102，通过调节信号发生器(3)，固定Q开关声光调制器(2)的重复频率为所需范围最大、开启时间为脉冲信号周期的10％、上升时间和下降时间为开启时间的10％，将所述脉冲光纤激光器的多模泵浦源(8)功率从零开始增大，观察示波器，当有脉冲波形生成以后，需同时观察功率计(12)和示波器(11)，输出功率会随着泵浦功率的增加而增加，输出脉冲波形两侧的次峰个数也会减少，输出脉冲波形的不平滑度降低，继续增加泵浦功率直到输出功率最高，此时输出脉冲波形两侧的次峰个数最少或两侧凹凸不平变得平滑，输出脉冲波形的不平滑度降低，对应的泵浦功率为最佳泵浦功率；步骤S103，设定上述泵浦功率为最佳泵浦功率，将所述脉冲光纤激光器Q开关声光调制器(2)的重复频率在所需范围内从大到小开始调节，通过示波器观察输出脉冲波形，脉冲波形两侧多余的次峰会再慢慢减小或者两侧凹凸不平处减少，当输出脉冲两侧次峰个数最少或两侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡贵军，郝海洋，王晔玲，杨亚婷，方妍，王海燕，李雪晴，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22