[发明专利]同时测量激光器调Q能量和放大自发辐射的方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光能量测量仪器领域，特指同时测量激光器调Q能量和放大自发辐射(ASE，amplified stimulated emission)的方法。

技术背景

自从第一台激光器诞生以来，激光器已经被广泛应用在生活的各个领域，然而不同领域的应用对激光器输出性能参数提出了不同的要求。例如在激光冲击强化中，要求调Q固体激光器输出高能、短脉宽的激光束，但是调Q固体激光器在输出短脉宽(纳秒量级)激光束的同时难以避免有一定比例的放大自发辐射(微秒量级)输出，而放大自发辐射与材料相互作用时热效应占主导，因此会烧伤材料，导致材料表面产生拉应力，降低材料的机械性能，影响了激光冲击强化效果，所以必须精确检测出调Q激光器输出能量中放大自发辐射能量，然后将其控制在一定范围内。发明专利“激光能量计”(中国专利，专利申请号：200510105535.6)中主要利用陶瓷腔作为衰减器，降低了激光对探测器的破坏几率，但是该专利并没有区分调Q能量和ASE能量的测量，测出的能量为激光总能量；专利“陶瓷衰减型激光能量计”(中国专利，专利申请号：97215124.9)用陶瓷片做接收面材料，并在接收面前设置一个消光筒，这样能够测量高峰值功率激光能量，同样该专利也没有区分调Q和ASE能量的测量。目前国外也没发现关于同时测量调Q激光器输出能量中ASE和调Q能量的专利和文献。

目前，测量调Q激光器输出能量中的调Q能量和ASE需要进行两次测量：首先使得调Q激光器正常运转，测出激光器输出总能量；然后保持调Q晶体上的电压不退去，运转激光器，测出输出能量，即为ASE能量，进而计算出调Q能量。这种方法不能在调Q激光器输出调Q能量时动态的测出ASE能量，所测出的ASE能量不精确；另外，调Q晶体上长时间保持电压不退去会导致调Q晶体潮解，其寿命会有所下降；而且这种方法操作过程繁琐，耗时。

发明内容

在上述发明存在缺陷的基础上，本发明所要解决的技术问题是提供了同时测量激光器调Q能量和ASE的方法，区分出激光总能量中调Q能量和ASE能量的大小。该方法提高了测量调Q能量和ASE能量的精确性和同步性，保障了激光冲击强化的质量，避免了先前测量ASE的繁琐步骤。

本发明所采用的技术方案是，提供同时测量激光器调Q能量和ASE的方法，通过信号处理和控制系统对激光波形和能量进行采集，同时根据波形脉宽的不同识别并区分ASE和调Q波形，并根据ASE与调Q波形所占的面积比和激光能量探测器采集到的能量进行计算，得到ASE和调Q能量。

本发明所述的能够同时测量激光器调Q能量和ASE的方法主要包括以下步骤：

1.调Q激光器输出一束激光束，通过反射率为99.8％的45度全反射镜，其中有0.2％的激光能量透过反射镜，透射的激光束通过光能量衰减器，使得激光能量衰减到光电探测器破坏阈值以下，然后进入光电探测器，光电探测器将光信号转为电信号进入信号处理和控制系统；

2.被45度反射镜反射的激光能量继续通过另一块45度全反镜反射，被反射的能量进入能量探测器，能量探测器将光信号转化为电信号进入信号处理和控制系统；

3.光电探测器将光信号转为电信号进入信号处理和控制系统中显示为激光脉冲波形信号，该波形信号包括放大自发辐射波形和调Q波形，该波形信号横坐标为时间、纵坐标为电压幅值。由于放大自发辐射和调Q波形的脉宽不同(一般放大自发辐射的脉宽为微秒量级，而调Q波形的脉宽为纳秒量级)，信号处理和控制系统通过脉冲波形信号脉宽来识别并区分放大自发辐射和调Q波形，同时利用放大自发辐射波形和调Q波形的横坐标和纵坐标值对两种波形进行积分，相应得到两种波形所对应的面积，并用放大自发辐射波形的面积除以调Q波形的面积得到两者的比值，能量探测器探测到的能量由放大自发辐射和调Q能量组成，两者能量的比值与两者波形面积的比值是等价的，因此信号处理与控制系统利用该比值和激光总能量，可以计算出ASE能量与调Q能量；

4.信号处理和控制系统为这两种能量信号分别设置了不同的传输通道，进入能量显示器中分别显示出来。

因此，该方法通过少量的器件和简单的布置达到了同步测量调Q激光器输出能量中的ASE和调Q能量，简化了测量的步骤，提高了测量ASE和调Q能量的精确性和同步性，同时也在一定程度上提高了调Q晶体的使用寿命，满足激光冲击强化中精确测量调Q能量和ASE能量的需要。

附图说明

图1是激光能量测量装置

图2是信号处理和控制系统工作流程示意图