[发明专利]一种全自动稳定控制的被动调Q激光器

说明书

本发明公开了一种通过实时反馈实现激光器重复频率、出光时刻和能量全自动稳定控制的被动调Q激光器。激光器是星载激光雷达的核心组成部分，此被动调Q激光器利用现有的光电监测功能形成反馈，将光电探测器实时监测得到的波形，转化为出光时延和能量值，通过计算之后与设置值作比较，用以控制泵浦驱动源电路各参数，使激光器重复频率、出光时刻和能量自动稳定在设置值附近，且抖动很小。本发明方案可全自动有效地控制被动调Q激光器重复频率、出光时延和能量，并抑制其抖动，提高了被动调Q激光器的稳定性，同时由于其与外部同步信号的时延稳定，使用在多波束情况下，减小了总的时间抖动，提升了整体系统的测量精度和能力。

技术领域

本申请涉及激光器的技术领域，特别是一种全自动稳定控制的被动调Q激光器。

背景技术

调Q技术是脉冲激光的主要技术，尤其是纳秒级以上的高重频激光器。可分为主动和被动两种调Q方式。主动调Q一般利用转镜、电光调Q晶体和声光调Q晶体进行开关，需要比较复杂的调Q高压控制电路，而且高压信号对其他电路，尤其光电探测电路容易产生干扰，同时也不安全，另外新增加的受控电光器件也为光机结构增加了复杂度和风险点。与之相比，被动调Q一般利用可饱和吸收晶体的突变特性实现Q开关，无需复杂的高压控制电路，而且良好的被动调Q晶体在现有使用的激光波段具有吸收截面大，驰豫截面短和生育吸收截面小，以及物化性能稳定，导热性好，抗损伤，防潮等特性。因此，被动调Q具有结构简单、运转可靠、效率高、安全、体积小巧、成本低廉等优点，在激光测距、遥感探测、激光通信、医疗健康等军事和民用领域得到了广泛应用。

然而，与主动调Q方式相比，被动调Q脉冲激光器的脉冲重复频率、输出延时和能量的稳定性都比较差，严重时出现子脉冲或无脉冲情况。在多波束激光雷达技术领域，这些缺点造成难以精确测量，难以单个脉冲标记，并且控制多路被动调Q激光器同时出光，主波波门会成倍加大，影响了激光雷达的应用。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种通过实时反馈实现激光器重复频率、出光时刻和能量全自动稳定控制的被动调Q激光器。采用全自动数字控制，对多输入参数和多输出控制量的调整方法进行了合理的组合和排序，同时考虑了光机的要求、电路的简化和信号的优化，为后续使用被动调Q激光器的星载激光雷达提供了技术保障。

第一方面，提供了一种被动调Q激光器，包括泵浦LD、激光增益介质、被动调Q晶体、输出镜、耦合透镜、光纤分束器、光电探测器和激光器驱动源；

所述激光增益介质、所述被动调Q晶体、所述输出镜依次排列组成激光谐振腔，用于吸收并放大所述泵浦LD所输出能量；

所述耦合透镜用于将所述输出镜输出激光耦合到所述光纤分束器中；

所述光纤分束器用于将输出激光分为输出光和反馈光两部分，所述反馈光接入所述光电探测器中；

所述光电探测器用于实时监测光纤分束器分得的光信号，转化为电信号，反馈给激光器驱动源中；

所述激光器驱动源包括第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路，所述第一驱动电路、所述第二驱动电路和所述第三驱动电路输出的电流叠加，得到用于驱动所述泵浦LD的信号，所述第一驱动电路输出电流值为I1的第一驱动电流，所述第二驱动电路输出电流值为I2的第二驱动电流，所述第三驱动电流输出电流值为I3的第三驱动电流，所述泵浦LD的阈值电流为ITH，I1ITH，I2ITH，I3+I1ITH，I3+I2ITH，所述第一驱动电流的脉宽为W1，所述第二驱动电流的脉宽为W2，W1+W2＝T，所述第三驱动电流的起始时刻小于W1，所述第三驱动电流的终止时刻大于W1；

所述激光器驱动源还用于对所述光电探测器反馈的信号进行处理，转化为激光器出光时延和激光器能量值，并根据所述出光时延和激光器能量值调整第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电流的电流参数。

与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：