同時測量激光器調Ｑ能量和放大自發輻射的方法技術

本發明專利技術公開了同時測量激光器調Ｑ能量和放大自發輻射（ＡＳＥ）的方法，涉及激光能量測量儀器領域。本發明專利技術通過反射率為９９．８％的４５度全反射鏡、光能量衰減器、光電探測器、４５度全反鏡、激光能量探測器、信號處理和控制系統、兩條不同的傳輸通道和激光能量顯示器來實現。信號處理和控制系統根據放大自發輻射（ＡＳＥ）和調Ｑ脈沖脈寬不同來識別并區分ＡＳＥ和調Ｑ脈沖，然后根據ＡＳＥ與調Ｑ波形所占的面積比和激光能量探測器采集到的能量進行計算，分別得到調Ｑ和放大自發輻射能量。本發明專利技術適用于調Ｑ激光器輸出能量的測量，裝置結構簡單。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及激光能量測量儀器領域，特指同時測量激光器調Q能量和放大自發輻 身寸(ASE, amplified stimulated emission)的方法。
技術介紹
自從第一臺激光器誕生以來，激光器已經被廣泛應用在生活的各個領域，然而不 同領域的應用對激光器輸出性能參數提出了不同的要求。例如在激光沖擊強化中，要求調 Q固體激光器輸出高能、短脈寬的激光束，但是調Q固體激光器在輸出短脈寬(納秒量級) 激光束的同時難以避免有一定比例的放大自發輻射(微秒量級)輸出，而放大自發輻射與 材料相互作用時熱效應占主導，因此會燒傷材料，導致材料表面產生拉應力，降低材料的機 械性能，影響了激光沖擊強化效果，所以必須精確檢測出調Q激光器輸出能量中放大自發 輻射能量，然后將其控制在一定范圍內。專利技術專利“激光能量計”(中國專利，專利申請號 200510105535. 6)中主要利用陶瓷腔作為衰減器，降低了激光對探測器的破壞幾率，但是該 專利并沒有區分調Q能量和ASE能量的測量，測出的能量為激光總能量；專利“陶瓷衰減型 激光能量計”(中國專利，專利申請號=97215124. 9)用陶瓷片做接收面材料，并在接收面前 設置一個消光筒，這樣能夠測量高峰值功率激光能量，同樣該專利也沒有區分調Q和ASE能 量的測量。目前國外也沒發現關于同時測量調Q激光器輸出能量中ASE和調Q能量的專利 和文獻。目前，測量調Q激光器輸出能量中的調Q能量和ASE需要進行兩次測量首先使 得調Q激光器正常運轉，測出激光器輸出總能量；然后保持調Q晶體上的電壓不退去，運轉 激光器，測出輸出能量，即為ASE能量，進而計算出調Q能量。這種方法不能在調Q激光器 輸出調Q能量時動態的測出ASE能量，所測出的ASE能量不精確；另外，調Q晶體上長時間 保持電壓不退去會導致調Q晶體潮解，其壽命會有所下降；而且這種方法操作過程繁瑣，耗 時。
技術實現思路
在上述專利技術存在缺陷的基礎上，本專利技術所要解決的技術問題是提供了同時測量激 光器調Q能量和ASE的方法，區分出激光總能量中調Q能量和ASE能量的大小。該方法提 高了測量調Q能量和ASE能量的精確性和同步性，保障了激光沖擊強化的質量，避免了先前 測量ASE的繁瑣步驟。本專利技術所采用的技術方案是，提供同時測量激光器調Q能量和ASE的方法，通過信 號處理和控制系統對激光波形和能量進行采集，同時根據波形脈寬的不同識別并區分ASE 和調Q波形，并根據ASE與調Q波形所占的面積比和激光能量探測器采集到的能量進行計 算，得到ASE和調Q能量。本專利技術所述的能夠同時測量激光器調Q能量和ASE的方法主要包括以下步驟1.調Q激光器輸出一束激光束，通過反射率為99. 8 %的45度全反射鏡，其中有0. 2%的激光能量透過反射鏡，透射的激光束通過光能量衰減器，使得激光能量衰減到光電 探測器破壞閾值以下，然后進入光電探測器，光電探測器將光信號轉為電信號進入信號處 理和控制系統；2.被45度反射鏡反射的激光能量繼續通過另一塊45度全反鏡反射，被反射的能 量進入能量探測器，能量探測器將光信號轉化為電信號進入信號處理和控制系統；3.光電探測器將光信號轉為電信號進入信號處理和控制系統中顯 示為激光脈沖 波形信號，該波形信號包括放大自發輻射波形和調Q波形，該波形信號橫坐標為時間、縱坐 標為電壓幅值。由于放大自發輻射和調Q波形的脈寬不同(一般放大自發輻射的脈寬為微 秒量級，而調Q波形的脈寬為納秒量級)，信號處理和控制系統通過脈沖波形信號脈寬來識 別并區分放大自發輻射和調Q波形，同時利用放大自發輻射波形和調Q波形的橫坐標和縱 坐標值對兩種波形進行積分，相應得到兩種波形所對應的面積，并用放大自發輻射波形的 面積除以調Q波形的面積得到兩者的比值，能量探測器探測到的能量由放大自發輻射和調 Q能量組成，兩者能量的比值與兩者波形面積的比值是等價的，因此信號處理與控制系統利 用該比值和激光總能量，可以計算出ASE能量與調Q能量；4.信號處理和控制系統為這兩種能量信號分別設置了不同的傳輸通道，進入能量 顯示器中分別顯示出來。因此，該方法通過少量的器件和簡單的布置達到了同步測量調Q激光器輸出能量 中的ASE和調Q能量，簡化了測量的步驟，提高了測量ASE和調Q能量的精確性和同步性， 同時也在一定程度上提高了調Q晶體的使用壽命，滿足激光沖擊強化中精確測量調Q能量 和ASE能量的需要。附圖說明圖1是激光能量測量裝置圖2是信號處理和控制系統工作流程示意中，1 全反射鏡；2 光能量衰減器；3 光電探測器；4 全反射鏡；5 激光能量探 測器；6 信號處理和控制系統；7 =A通道；8 =B通道；9 激光能量顯示器具體實施例方式以測量高能釹玻璃調Q激光器輸出能量為例，假設激光器輸出一束總能量為的 激光束，其中該總能量中包括能量為Ease的放大自發輻射和Eq的調Q能量。1)該激光束通過反射率為99. 8%的45度全反鏡1，0. 2% 的能量透過反射鏡， 99. 8% E&的能量反射，反射的激光束繼續通過全反鏡4反射進入能量探測器5，將99. 8%的光能量轉為電信號，進入到信號處理和控制系統6中，轉化為的電能量記為；2)同時0. 2% 的激光能量通過衰減器2衰減到光電探測器3的破壞閾值以內， 光電探測器將光信號轉為電信號，進入信號處理和控制系統6中；3)信號處理和控制系統6按照圖2的工作流程圖進行工作，首先對光電探測器3 轉為的電信號進行處理，將其轉化為激光波形并進行采集，由于激光能量中包括ASE和調 Q能量，所以波形中含有兩種脈寬，信號處理和控制系統6分析這兩種不同脈寬的波形，利 用放大自發輻射波形和調Q波形的橫坐標和縱坐標值對兩種波形進行積分，相應得到兩種波形所對應的面積，并用放大自發輻射波形的面積除以調Q波形的面積得到兩者的比值，該比值記為K ；能量探測器探測到的能量由放大自發輻射和調Q能量組成，兩者能量的比值 與兩者波形面積的比值是等價的，因此信號處理和控制系統6利用這個比值和激光總能量進行計算，得到ASE的能量為<formula>formula see original document page 5</formula>,而調Q能量為<formula>formula see original document page 5</formula>由于該激光束通過全反射鏡時有0. 2%的能量透射，即反射的總能量中損失了 0. 2%的能量，所以信號處理和控制系統通過校正，得到·<formula>formula see original document page 5</formula>4)然后信號處理和控制系統分別為這兩種不同脈寬的激光能量設置了不同的通 道7和8進入到能量顯示器9中顯示出來，其中7通道傳輸ASE信號，8通道傳輸調Q信號。該方法適用于調Q激光器輸出能量的測量，同時測量調Q能量和ASE能量，提高了 測量的精確性和同步性，在一定程度上提高了調Q晶體的使用壽命，滿足了激光沖擊強化 中精確測量調Q能量和ASE能量的需要，同時避免了先前測量ASE繁瑣的步驟。權利要求同時測量激光器調Q能量和放大自發輻射的方法，其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
同時測量激光器調Ｑ能量和放大自發輻射的方法，其特征是，具體步驟如下：Ａ）調Ｑ激光器輸出一束激光，通過反射率為９９．８％的４５度全反射鏡（１），其中０．２％的激光能量透過反射鏡，透射的激光束通過光能量衰減器（２），使得激光能量衰減到光電探測器破壞閾值以下，然后進入光電探測器（３），光電探測器（３）將光信號轉為電信號進入信號處理和控制系統（６）；Ｂ）被４５度反射鏡（１）反射的激光能量繼續通過另一塊４５度全反鏡反射（４），被反射的能量進入能量探測器（５），能量探測器（５）將光信號轉化為電信號進入信號處理和控制系統（６）；Ｃ）光電探測器（３）將光信號轉為的電信號進入信號處理和控制系統（６）中顯示為激光脈沖波形信號，由于放大自發輻射和調Ｑ波形的脈寬不同，信號處理和控制系統（６）通過脈沖波形脈寬信號來區分放大自發輻射和調Ｑ波形，同時計算出ＡＳＥ波形所占面積與調Ｑ波形所占面積的比值，信號處理與控制系統（６）利用該比值和能量探測器（５）探測到的能量，計算出ＡＳＥ能量與調Ｑ能量；Ｄ）信號處理和控制系統（６）為這兩種能量信號分別設置了不同的傳輸通道（７），（８），進入能量顯示器（９）中分別顯示出來。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉云霞，管海兵，張永康，張朝陽，姚紅兵，錢曉明，吳忠，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：32[中國|江蘇]