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专利名称：同时测量激光器调q能量和放大自发辐射的方法
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 身寸(ASE, amplified stimulated emission)的方法。
背景技术：
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。


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中，1 全反射镜；2 光能量衰减器；3 光电探测器；4 全反射镜；5 激光能量探 测器；6 信号处理和控制系统；7 =A通道；8 =B通道；9 激光能量显示器
具体实施例方式以测量高能钕玻璃调Q激光器输出能量为例，假设激光器输出一束总能量为的 激光束，其中该总能量中包括能量为Ease的放大自发辐射和Eq的调Q能量。1)该激光束通过反射率为99. 8%的45度全反镜1，0. 2% 的能量透过反射镜， 99. 8% E&的能量反射，反射的激光束继续通过全反镜4反射进入能量探测器5，将99. 8%
的光能量转为电信号，进入到信号处理和控制系统6中，转化为的电能量记为；2)同时0. 2% 的激光能量通过衰减器2衰减到光电探测器3的破坏阈值以内， 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6中；3)信号处理和控制系统6按照图2的工作流程图进行工作，首先对光电探测器3 转为的电信号进行处理，将其转化为激光波形并进行采集，由于激光能量中包括ASE和调 Q能量，所以波形中含有两种脉宽，信号处理和控制系统6分析这两种不同脉宽的波形，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，该比值记为K ；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，因此信号处理和控制系统6利用这个比值和激光总能量
进行计算，得到ASE的能量为<formula>formula see original document page 5</formula>,而调Q能量为<formula>formula see original document page 5</formula>由于该激光束通过全反射镜时有
0. 2%的能量透射，即反射的总能量中损失了 0. 2%的能量，所以信号处理和控制系统通过
校正，得到·<formula>formula see original document page 5</formula>
4)然后信号处理和控制系统分别为这两种不同脉宽的激光能量设置了不同的通 道7和8进入到能量显示器9中显示出来，其中7通道传输ASE信号，8通道传输调Q信号。该方法适用于调Q激光器输出能量的测量，同时测量调Q能量和ASE能量，提高了 测量的精确性和同步性，在一定程度上提高了调Q晶体的使用寿命，满足了激光冲击强化 中精确测量调Q能量和ASE能量的需要，同时避免了先前测量ASE繁琐的步骤。
权利要求
同时测量激光器调Q能量和放大自发辐射的方法，其特征是，具体步骤如下A)调Q激光器输出一束激光，通过反射率为99.8％的45度全反射镜(1)，其中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(2)，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(3)，光电探测器(3)将光信号转为电信号进入信号处理和控制系统(6)；B)被45度反射镜(1)反射的激光能量继续通过另一块45度全反镜反射(4)，被反射的能量进入能量探测器(5)，能量探测器(5)将光信号转化为电信号进入信号处理和控制系统(6)；C)光电探测器(3)将光信号转为的电信号进入信号处理和控制系统(6)中显示为激光脉冲波形信号，由于放大自发辐射和调Q波形的脉宽不同，信号处理和控制系统(6)通过脉冲波形脉宽信号来区分放大自发辐射和调Q波形，同时计算出ASE波形所占面积与调Q波形所占面积的比值，信号处理与控制系统(6)利用该比值和能量探测器(5)探测到的能量，计算出ASE能量与调Q能量；D)信号处理和控制系统(6)为这两种能量信号分别设置了不同的传输通道(7)，(8)，进入能量显示器(9)中分别显示出来。
2.根据权利要求1所述的同时测量激光器调Q能量和放大自发辐射的方法，其特征是， 所述第C步计算出ASE波形所占面积与调Q波形所占面积的比值的方法为，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。
3.根据权利要求1所述的同时测量激光器调Q能量和放大自发辐射的方法，其特征是， 所述第C步计算ASE能量与调Q能量的方法为，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，放大自发辐射和调Q能量的比值与放大自发辐射和调Q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，计算出ASE能量与调Q能 量。
全文摘要
本发明公开了同时测量激光器调Q能量和放大自发辐射(ASE)的方法，涉及激光能量测量仪器领域。本发明通过反射率为99.8％的45度全反射镜、光能量衰减器、光电探测器、45度全反镜、激光能量探测器、信号处理和控制系统、两条不同的传输通道和激光能量显示器来实现。信号处理和控制系统根据放大自发辐射(ASE)和调Q脉冲脉宽不同来识别并区分ASE和调Q脉冲，然后根据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，分别得到调Q和放大自发辐射能量。本发明适用于调Q激光器输出能量的测量，装置结构简单。
文档编号G01J1/42GK101825491SQ20101017608
公开日2010年9月8日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者叶云霞, 吴忠, 姚红兵, 张朝阳, 张永康, 管海兵, 钱晓明 申请人:江苏大学