【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及q开关式气体激光器，例如q开关式二氧化碳(co2)和一氧化碳(co)激光器。本专利技术具体涉及在改变脉冲重复率时q开关式气体激光器的输出的激光脉冲能量和激光脉冲持续时间的变化。
技术介绍
1、气体激光器的激光增益介质是气体混合物。提供激光作用的光学活性实体是原子、离子或分子。这些光学活性实体通常由高压电场，即射频(rf)或直流(dc)供电，产生气体放电，从而在光学活性实体中产生粒子数反转。由于固态激光器通常效率更高、尺寸更小、成本更低且操作更简单，许多气体激光器在商业应用中已被固态激光器取代。然而，某些类型的气体激光器仍然很受欢迎，并且是某些激光应用的首选解决方案。例如，co2激光器和co激光器在激光加工等工业过程中得到广泛应用，其红外(ir)波长和高平均功率在工业过程中具有优势。
2、co2激光器可传送约9微米(μm)至约11μm波长范围内的ir激光辐射，而co激光器可传送约4.5μm至约6.0μm波长范围内的ir激光辐射。使用co2激光器和co激光器可获得高达约8千瓦的平均功率。
3、许多激光加工应用需要以脉冲发出激光辐射。在co2和co激光器的情况下，可以通过打开和关闭增益介质中的气体放电来产生脉冲式激光束。然而，该技术生成的激光脉冲的上升时间和下降时间由气体混合物中能量传递过程的动力学决定，通常为10至200微秒(μs)的量级。这些上升时间和下降时间导致整个激光脉冲持续时间在数十到数百微秒的范围内，这对于某些应用来说太长了。特别地，这些激光脉冲持续时间在许多激光加工应用中太长，在这些
4、q开关是一种通过调制激光谐振器的腔内损耗来产生激光脉冲的技术。q开关将激光谐振器在高损耗状态(低q因子)和低损耗状态(高q因子)之间切换，同时保持激光增益介质的稳定泵浦。首先通过在高损耗状态下操作激光谐振器来生成激光脉冲，以防止激光作用。在没有激光作用的情况下，增益介质的泵浦导致激光增益介质中积累大量能量。接下来，谐振器损耗突然下降到能够实现激光作用的低值。经过一段时间的建立后，循环激光功率在这种低损耗状态下迅速增加，并且存储的能量迅速耗尽。结果是产生激光脉冲，其持续时间通常在纳秒范围内。最常见的是，周期性地执行q开关以生成以脉冲重复率为特征的一系列激光脉冲。
5、q开关可以是有源的或无源的。在有源q开关中，激光谐振器包括有源损耗元件，例如声光调制器(aom)或电光调制器(eom)，其被控制以转移或不转移来自谐振器的辐射以使激光谐振器在高损耗和低损耗状态之间切换。有源q开关通常用于生成脉冲重复率范围从几百千赫(khz)下至1khz或更低的激光脉冲。有源q开关可用于按需生成单个激光脉冲。
6、使用脉冲式激光束执行的激光工艺通常具有最佳的脉冲重复率。最佳脉冲重复率取决于工艺。因此，最通用的脉冲激光系统能够在一定范围的脉冲重复频率下运行，有时从单激发到几百千赫兹。激光加工工艺在每个单个零件的加工过程中需要改变脉冲重复率的情况并不少见，因此需要动态调整脉冲重复率。在q开关式激光器的情况下，脉冲重复率的调整相当于改变激光谐振器的高损耗状态的持续时间。至少对于相对高的脉冲重复率，这种变化可以影响切换到低损耗状态之前增益介质中累积的能量的量。因此，脉冲重复率的调整可能伴随着激光脉冲能量的改变。
技术实现思路
0、专利技术概述
1、本文公开了具有激光脉冲能量和激光脉冲持续时间两者的双变量脉冲均衡的q开关式气体激光器装置和相关方法。本装置和方法利用有源q开关并且被配置为在宽范围的脉冲重复率上均衡激光脉冲能量和持续时间。一种均衡机制直接影响激光脉冲能量，而另一种均衡机制直接影响激光脉冲持续时间。脉冲能量均衡机制调整激光谐振器的低损耗状态的损耗，而脉冲持续时间均衡机制调整低损耗状态的持续时间。例如，当q开关是声光调制器(aom)时，脉冲持续时间均衡机制基于即使在低损耗状态下也保持一定量的衍射，并调整该衍射量以实现期望的脉冲能量。为了进行比较，传统的q开关在低损耗状态下完全关闭，以最大限度地减少激光谐振器的损耗。
2、我们已经意识到，脉冲能量和持续时间的均衡扩展了可以实现均匀脉冲能量的脉冲重复率范围。虽然通过仅使用脉冲能量均衡机制可以在相对高的脉冲重复率的有限范围内实现均匀的脉冲能量，但是脉冲持续时间均衡机制有利于将该范围扩展到较低的脉冲重复率。因此，即使当目标只是在宽范围的脉冲重复率上保持均匀的激光脉冲能量时，本双变量脉冲均衡也是有用的，而不管激光脉冲持续时间如何。脉冲持续时间均衡机制进一步使得能够在宽范围的脉冲重复率上实现期望的激光脉冲持续时间，从而提供最终的激光脉冲控制。
3、一方面，一种具有脉冲均衡的q开关式气体激光器装置包括气体激光器、传感器和电子电路。该气体激光器包括具有q开关的激光谐振器，该q开关可操作以使激光谐振器在高损耗状态和低损耗状态之间切换以生成脉冲式激光束。传感器被配置为获得指示激光脉冲能量的脉冲式激光束的测量值。电子电路通信地耦合在q开关和传感器之间，并且被配置为操作q开关以(a)使激光谐振器在高损耗和低损耗状态之间反复地切换以设置脉冲式激光束的激光脉冲的重复率，(b)基于由传感器获得的测量值调整低损耗状态的损耗水平，以实现目标激光脉冲能量，以及(c)调整低损耗状态的持续时间状态以达到目标激光脉冲持续时间。
4、另一方面，一种用于均衡由q开关式气体激光器产生的激光脉冲的方法，包括：操作q开关式气体激光器的q开关以使q开关式气体激光器的激光谐振器在高损耗状态和低损耗状态之间反复地切换，以产生脉冲式激光束。该方法还包括通过以下重复步骤来均衡脉冲式激光束的激光脉冲的激光脉冲能量和激光脉冲持续时间：(a)对脉冲式激光束进行采样以获得指示激光脉冲能量的测量结果，(b)基于指示激光脉冲能量的测量结果来调整低损耗状态的损耗水平，以接近目标激光脉冲能量，以及(c)调整低损耗状态的持续时间，以接近目标激光脉冲持续时间。
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1.具有脉冲均衡功能的Q开关式气体激光器装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，还包括第二传感器，所述第二传感器用于获得指示激光脉冲持续时间的脉冲式激光束的第二测量结果，并且其中所述电子电路被配置为基于所述第二测量结果来调整所述低损耗状态的持续时间，以达到所述目标激光脉冲持续时间。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一传感器和第二传感器被布置为对所述激光谐振器外部的脉冲式激光束进行采样。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述电子电路完成所述第一传感器与所述Q开关之间的脉冲能量反馈环路以及所述第二传感器与所述Q开关之间的脉冲持续时间反馈环路。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述脉冲持续时间反馈环路比所述脉冲能量反馈环路更快。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一传感器是光敏检测器，其被配置为获得作为多个激光脉冲的平均值的所述第一测量结果，并且所述第二传感器为光学检测器，其被配置为获得作为单个激光脉冲的波形的所述第二测量结果。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述Q开关包括设置在所述激光谐
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述电子电路包括：
9.根据权利要求1所述的装置，还包括用于放大所述脉冲式激光束的激光功率放大器，其中所述第一传感器被布置为在由所述激光功率放大器放大之后从所述脉冲式激光束获得所述第一测量结果。
10.用于均衡Q开关式气体激光器产生的激光脉冲的方法，包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述采样步骤还包括获得指示所述激光脉冲持续时间的所述激光束的第二测量结果，并且其中所述调整持续时间步骤基于所述第二测量结果。
12.根据权利要求11所述的方法，其中获得所述第一测量结果的每个实例作为多个所述激光脉冲的平均值，并且所述第二测量结果的每个实例从单个激光脉冲获得。
13.根据权利要求10所述的方法，其中：
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述均衡步骤包括：
15.根据权利要求10所述的方法，其中：
16.根据权利要求10所述的方法，
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述Q开关是声光调制器。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述操作步骤包括：驱动所述声光调制器以将激光衍射出所述激光谐振器，由此产生的损耗水平在所述低损耗状态下不为零。
19.根据权利要求10所述的方法，其中所述采样步骤在所述激光谐振器外部执行。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.具有脉冲均衡功能的q开关式气体激光器装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，还包括第二传感器，所述第二传感器用于获得指示激光脉冲持续时间的脉冲式激光束的第二测量结果，并且其中所述电子电路被配置为基于所述第二测量结果来调整所述低损耗状态的持续时间，以达到所述目标激光脉冲持续时间。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一传感器和第二传感器被布置为对所述激光谐振器外部的脉冲式激光束进行采样。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述电子电路完成所述第一传感器与所述q开关之间的脉冲能量反馈环路以及所述第二传感器与所述q开关之间的脉冲持续时间反馈环路。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述脉冲持续时间反馈环路比所述脉冲能量反馈环路更快。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一传感器是光敏检测器，其被配置为获得作为多个激光脉冲的平均值的所述第一测量结果，并且所述第二传感器为光学检测器，其被配置为获得作为单个激光脉冲的波形的所述第二测量结果。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述q开关包括设置在所述激光谐振器中的声光调制器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述电子电路包括：
9.根据权利要求1所述的装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：V·A·塞金，D·P·施梅尔策，J·丰塔内拉，P·罗森塔尔，
申请(专利权)人：相干公司，
类型：发明
国别省市：
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