声光调制器、提高声光调制器输出光能量的方法及激光器

摘要

本发明实施方式公开了声光调制器、提高声光调制器输出光能量的方法及激光器，声光调制器包括声光晶体，入射光入射声光晶体依次出射+1级光和‑1级光；在所述+1级准直器出射方向连接延时光纤以使+1级光延时预设时长并与‑1级光在时序上重合，延时光纤与‑1级准直器出射方向均连接合束器，‑1级光与延时后+1级光由所述合束器合束并输出。由此，‑1级光，即按原来的传播方向进行传播的光也被利用，而不是被泄漏掉，提高了能量转换率和利用率。

说明书

技术领域

本发明实施方式涉及激光器技术领域，特别是涉及声光调制器、提高声光调制器输出光能量的方法及激光器。

背景技术

调Q光纤激光器的光路结构包括声光调制器，用来调整脉冲的宽度。

调Q光纤激光器中，存在以下问题，仅利用经声光调制器发生的布拉格衍射光，按原来的传播方向(入射方向)进行传播的光没有被利用，而是被泄漏掉，因此造成能量浪费。

发明内容

本发明针对现有技术利用了布拉格衍射光但泄露了按原来的传播方向进行传播的光，而造成能量浪费的技术问题，提供声光调制器、提高声光调制器输出光能量的方法及激光器。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供声光调制器，包括声光晶体，入射光入射声光晶体依次出射+1级光和-1级光；所述声光调制器还包括接收-1级光的-1级准直器以及接收+1级光的+1级准直器，所述+1级准直器出射方向连接延时光纤以使+1级光延时预设时长并与-1级光在时序上重合，延时光纤与-1级准直器出射方向均连接合束器，-1级光与延时后+1级光由所述合束器合束并输出。

其中，所述合束器合束-1级光与延时后+1级光具体为将延时光纤与传输-1级光的-1级光纤熔融拉锥并与输出光纤熔接；

所述声光调制器还包括驱动电源、控制驱动电源信号的主控板和与所述主控板连接的至少一个光电探测器，所述至少一个光电探测器设于熔接处和/或输出光纤沿其长度延伸方向上。

其中，所述主控板用于根据所述光电探测器采集的光信号值与预设光信号值的比较结果调节所述驱动电源信号或输出告警信号。

其中，所述入射光以布拉格角入射所述声光晶体；所述-1级光为入射光经所述声光晶体按入射光方向出射的光，所述+1级光为入射光经所述声光晶体发生的布拉格衍射光；

所述延时光纤的长度由下面的算式计算：

L＝t1*c

式中，L表示延时光纤的总长度；t1为声光调制器驱动电源信号高电平的持续时间；c为光在光纤中传输的速度。

其中，所述驱动电源信号的占空比为50％。

其中，所述延时光纤的盘纤形状为椭圆环形或圆环形。

其中，所述声光调制器还包括为所述延时光线散热的散热基板，所述散热基板上设置限位槽，所述延时光纤嵌入所述限位槽并由其固定。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供激光器，包括上述的声光调制器。

其中，所述激光器还包括一级放大光路、与所述一级放大光路连接并为一级放大光路提供一级放大所需能量的泵源、与所述声光调制器信号光输出侧连接且将信号光再次放大的二级放大光路以及与所述二级放大光路输出侧连接的输出光隔离器。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供提高声光调制器输出光能量的方法，所述声光调制器包括声光晶体，所述声光调制器还包括-1级准直器、+1级准直器、延时光纤和合束器；所述方法包括：

入射光入射所述声光晶体并分别出射-1级光和+1级光；

所述-1级准直器接收-1级光；所述+1级准直器接收+1级光；

所述+1级准直器出射方向连接所述延时光纤以使+1级光延时预设时长并与-1级光在时序上重合，延时光纤与-1级准直器出射方向均连接合束器，-1级光与延时后+1级光由所述合束器合束并输出。

其中，所述合束器合束-1级光与延时后+1级光具体为将延时光纤与传输-1级光的-1级光纤熔融拉锥并与输出光纤熔接；

所述声光调制器还包括驱动电源、控制驱动电源信号的主控板和与所述主控板连接的至少一个光电探测器，所述至少一个光电探测器设于熔接处和/或输出光纤沿其长度延伸方向上。

其中，所述主控板用于根据所述光电探测器采集的光信号值与预设光信号值的比较结果调节所述驱动电源信号或输出告警信号。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式的声光调制器包括声光晶体，入射光入射声光晶体依次出射+1级光和-1级光；在所述+1级准直器出射方向连接延时光纤以使+1级光延时预设时长并与-1级光在时序上重合，延时光纤与-1级准直器出射方向均连接合束器，-1级光与延时后+1级光由所述合束器合束并输出。由此，-1级光，即按原来的传播方向进行传播的光也被利用，而不是被泄漏掉，提高了能量转换率和利用率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明实施例声光调制器的原理图；

图2为本发明实施例声光调制器的信号时序图；

图3为本发明实施例声光调制器的光路原理图；

图4为本发明另一实施例声光调制器的光路原理图；

图5为本发明另一实施例的信号时序图；

图6为本发明实施例激光器的原理图；

图7为本发明实施例提高声光调制器输出光能量的方法的流程图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。

实施例1

图1为本发明实施例声光调制器的原理图。如图1所示，声光调制器10包括声光晶体101、压电换能器102和驱动电源103。驱动电源103的电信号驱动压电换能器，当声光调制器10有脉冲信号时，即脉冲信号高电平时，声光调制器内声光晶体的折射率会发生疏密相间的变化，形成光栅。这时如果入射光以布拉格角θB通过声光晶体时，会发生衍射，使得光发生偏折，偏离原来的传播方向，发生偏折的为+1级光。当声光调制器没有脉冲信号时，即脉冲信号低电平时，声光晶体折射率不会发生变化，光会按原来的传播方向进行传播，为-1级光，即为入射光经所述声光晶体按入射光方向出射的光。

驱动电源信号、+1级光信号、-1级光信号、激光器输出光信号之间的时序关系如图2所示。如图2所示，驱动电源信号高电平产生+1级光信号、驱动电源信号低电平产生-1级光信号、激光器输出光信号与驱动电源信号高电平、+1级光信号在时序上一致。

图3和图4均为本发明实施例声光调制器的光路原理图。如图3、图4所示，本发明实施例的声光调制器10，包括声光晶体101，入射光经入射准直器108入射声光晶体101依次出射+1级光和-1级光；所述声光调制器10还包括接收-1级光的-1级准直器104以及接收+1级光的+1级准直器105，所述+1级准直器105出射方向连接延时光纤106以使+1级光延时预设时长并与-1级光在时序上重合，延时光纤106与-1级准直器104出射方向均连接合束器107，-1级光与延时后+1级光由所述合束器107合束并输出。

如图3所示，通过入射准直器108的入射光以布拉格角θB入射到声光晶体101上，出射光分别用两个准直器接收，一个接收+1级光，另一个接收-1级光，+1级光准直器105及-1级光准直器104分别与声光晶体101的轴向成角度大小都是布拉格角θB。

本发明实施例利用了-1级光，先将+1光作一定的延时，使得+1级光和-1光同步，然后通过合束的方式将+1级光和-1级光合到一起，这样可以将-1级光利用起来，提高能量的利用率，同时+1级光和-1级光合到一个脉冲中，提高了激光器的脉冲能量。

进一步地，为使+1级光与-1级光在时序上完全重合，驱动电源信号的占空比设置为50％，高电平与低电平持续时间一样，使+1级光的脉冲宽度与-1级光脉冲宽度一致，+1级光延时后与-1级光合束并与-1级光在时序上完全重合。

为使延时光纤106让+1级光延时的预设时长能让后续的延时后+1级光与-1级光在时序上重合，延时光纤106的长度由下面的算式计算：

L＝t1*c

式中，L表示延时光纤106的总长度，单位为米；t1为声光调制器10驱动电源信号高电平的持续时间，单位为秒；c为光在光纤中传输的速度。

为减少延时光纤106盘纤时占据过多空间，将延时光纤106的盘纤形状为椭圆环形或圆环形，且能让延时光纤106满足所需的光纤损耗范围的要求。

图5为增加延时后+1级光的信号时序图，由图5可以看出，延时后+1级光与-1级光由所述合束器107合束并输出脉冲能量为+1级光脉冲能量与-1级光脉冲能量之和的合束光，可以大致认为是原来的脉冲能量增大了一倍，即是+1级光和-1级光叠加的起来的脉冲能量。

在另一实施例中，所述合束器107合束-1级光与延时后+1级光具体为将延时光纤106与传输-1级光的-1级光纤109熔融拉锥，然后切断并与输出光纤110熔接；当然也可以将-1级光纤109熔接在延时光纤106的侧面；又或者将延时光纤106熔接在-1级光纤109的侧面，本发明实施例对此不做限制。

在本实施例中，所述声光调制器10还包括驱动电源103、控制驱动电源信号的主控板(图未示)和与所述主控板连接的至少一个光电探测器(图未示)，所述至少一个光电探测器(图未示)设于上述熔接处和/或输出光纤110沿其长度延伸方向上。具体地，光电探测器可设于-1级光纤109与延时光纤106的熔接处，或者设于输出光纤110沿其长度延伸方向上，或者在此二处均设置。光电探测器可用于探测合束器107内的光路情况，光电探测器采集的光信号值可用于判断-1级光与延时后+1级光的合束光的均匀性和平缓性，据此判断-1级光与延时后+1级光是否在时序上的重合情况，为完全重合或部分重合，更进一步地判断出重合程度。

进一步地，所述主控板用于根据所述光电探测器采集的光信号值与预设光信号值的比较结果调节所述驱动电源信号或输出告警信号。根据允许的误差和时延，给出一定的范围为完全重合，以此设定预设光信号值，也可以认为设定了预设光信号值范围。若光电探测器采集的光信号值匹配预设光信号值，则主控板按照既有方式控制驱动电源信号即可；若光电探测器采集的光信号值不匹配预设光信号值，再进一步判断为光路异常或只是不符合完全匹配，即当光路正常，-1级光与延时后+1级光是否在时序上的重合情况为部分重合时，根据其偏移情况调节所述驱动电源信号；若光路异常，则主控板发出告警信号，如控制蜂鸣器蜂鸣，或控制灯光闪烁，或控制泵源开关切断泵源。

本发明实施例通过延时光纤将+1级光延时，并通过在合束器的适当位置设置光电探测器检测-1级光与延时后+1级光的合束情况，控制调节驱动电源信号的占空比，形成引入延时光纤来提高声光调制器输出光脉冲能量成功与否的回馈，使对驱动电源信号的控制更精细及准确。且当光电探测器检测到光路异常时输出告警信号，即时切断泵源开关以保护激光器设备，更加智能。

实施例2

图6为本发明实施例激光器200的光路示意图。激光器200为调Q光纤激光器，其光路结构由四部分组成，第一部分是LD，即泵源210，它用于提供一级放大所需的能量；第二部分为一级放大光路220，通常是由一段增益光纤构成，用于将泵源210输出的泵浦光转换为信号光，同时将信号光进行放大；第三部分为声光调制器230，用来调整脉冲的宽度。第三部分为二级放大光路240，用于将信号光再次放大，使得信号光的能量达到一定的能量值；第五部分为输出光隔离器250，用于将信号光输出，同时隔绝返回的激光。该激光器200的声光调制器230与上述实施例1中所述的声光调制器10相同，在此不再详述。

本实施例提供的激光器200的声光调制器230与上述实施例1的声光调制器10为相同的声光调制器，基于相同的发明构思，具体技术特征在此不再详述。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式的激光器200包括声光调制器230，声光调制器230包括声光晶体，入射光入射声光晶体依次出射+1级光和-1级光；在所述+1级准直器出射方向连接延时光纤以使+1级光延时预设时长并与-1级光在时序上重合，延时光纤与-1级准直器出射方向均连接合束器，-1级光与延时后+1级光由所述合束器合束并输出脉冲能量为+1级光脉冲能量与-1级光脉冲能量之和的合束光。由此，-1级光，即按原来的传播方向进行传播的光也被利用，而不是被泄漏掉，提高了能量转换率和利用率。

在本实施例中，光电探测器可用于探测合束器内的光路情况，光电探测器采集的光信号值可用于判断-1级光与延时后+1级光的合束光的均匀性和平缓性，据此判断-1级光与延时后+1级光是否在时序上的重合情况，为完全重合或部分重合，更进一步地判断出重合程度。

进一步地，所述主控板用于根据所述光电探测器采集的光信号值与预设光信号值的比较结果调节所述驱动电源信号或输出告警信号。

本发明实施例通过延时光纤将+1级光延时，并通过在合束器的适当位置设置光电探测器检测-1级光与延时后+1级光的合束情况，控制调节驱动电源信号的占空比，形成引入延时光纤来提高声光调制器输出光脉冲能量成功与否的回馈，使对驱动电源信号的控制更精细及准确。且当光电探测器检测到光路异常时输出告警信号，即时切断泵源开关以保护激光器设备，更加智能。

实施例3

图7为本发明实施例提高声光调制器输出光能量的方法的流程图。如图7所示，提高声光调制器输出光能量的方法中，所述声光调制器包括声光晶体，所述声光调制器还包括-1级准直器、+1级准直器、延时光纤和合束器；所述方法包括：

步骤301：入射光入射所述声光晶体并分别出射-1级光和+1级光；

步骤302：所述-1级准直器接收-1级光；所述+1级准直器接收+1级光；

步骤303：所述+1级准直器出射方向连接所述延时光纤以使+1级光延时预设时长并与-1级光在时序上重合，延时光纤与-1级准直器出射方向均连接合束器，-1级光与延时后+1级光由所述合束器合束并输出。

本实施例提供的提高声光调制器输出光能量的方法与上述实施例1的声光调制器10与实施例2的激光器200基于相同的发明构思，本实施例提供的提高声光调制器输出光能量的方法中的声光调制器与上述实施例1的声光调制器10为相同的声光调制器，具体技术特征在此不再详述。

进一步地，所述合束器合束-1级光与延时后+1级光具体为将延时光纤与传输-1级光的-1级光纤熔融拉锥并与输出光纤熔接；所述声光调制器包括驱动电源、控制驱动电源信号的主控板和与所述主控板连接的至少一个光电探测器，所述至少一个光电探测器设于熔接处和/或输出光纤沿其长度延伸方向上，所述主控板用于根据所述光电探测器采集的光信号值与预设光信号值的比较结果调节所述驱动电源信号。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式的提高声光调制器输出光能量的方法中，声光调制器包括声光晶体，入射光入射声光晶体依次出射+1级光和-1级光；在所述+1级准直器出射方向连接延时光纤以使+1级光延时预设时长并与-1级光在时序上重合，延时光纤与-1级准直器出射方向均连接合束器，-1级光与延时后+1级光由所述合束器合束并输出脉冲能量为+1级光脉冲能量与-1级光脉冲能量之和的合束光。由此，-1级光，即按原来的传播方向进行传播的光也被利用，而不是被泄漏掉，提高了能量转换率和利用率。

在本实施例中，光电探测器可用于探测合束器内的光路情况，光电探测器采集的光信号值可用于判断-1级光与延时后+1级光的合束光的均匀性和平缓性，据此判断-1级光与延时后+1级光是否在时序上的重合情况，为完全重合或部分重合，更进一步地判断出重合程度。

进一步地，所述主控板用于根据所述光电探测器采集的光信号值与预设光信号值的比较结果调节所述驱动电源信号或输出告警信号。

本发明实施例通过延时光纤将+1级光延时，并通过在合束器的适当位置设置光电探测器检测-1级光与延时后+1级光的合束情况，控制调节驱动电源信号的占空比，形成引入延时光纤来提高声光调制器输出光脉冲能量成功与否的回馈，使对驱动电源信号的控制更精细及准确。且当光电探测器检测到光路异常时输出告警信号，即时切断泵源开关以保护激光器设备，更加智能。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。