本實(shí)用新型涉及激光器領(lǐng)域，特別涉及一種電流及首脈沖控制電路及腔內(nèi)倍頻半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體紫外激光器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是在精細(xì)打孔、打標(biāo)，比如玻璃、陶瓷硅片等材料切割打孔，太陽(yáng)能電池，F(xiàn)PC板加工，塑料和金屬打標(biāo)等。與傳統(tǒng)加工方法相比較，紫外波段激光器具有精密，熱效應(yīng)少、冷加工等優(yōu)勢(shì)。

腔內(nèi)倍頻聲光調(diào)Q激光器其通過(guò)加載一定頻率的射頻功率在Q開(kāi)關(guān)上，諧振腔1064nm基頻光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得基頻光在諧振腔內(nèi)光場(chǎng)的損耗發(fā)生變化。通過(guò)內(nèi)部或外部調(diào)制信號(hào)控制射頻功率使Q開(kāi)關(guān)開(kāi)合，當(dāng)諧振腔處于低Q值時(shí)，諧振腔內(nèi)高損耗，沒(méi)有激光輸出；當(dāng)諧振腔處于高Q值時(shí)，諧振腔處于低損耗，腔內(nèi)輸出1064nm基頻光脈沖,1064nm經(jīng)過(guò)二倍頻變?yōu)?32nm綠光，532nm和基頻光在三倍頻晶體個(gè)合頻產(chǎn)生355Nnm紫外激光。

腔內(nèi)倍頻聲光調(diào)Q紫外激光器，當(dāng)Q開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，腔內(nèi)激光振蕩停止，無(wú)激光輸出，但腔內(nèi)激光增益介質(zhì)YAG或其他激光物質(zhì)仍處于泵浦狀態(tài)，激光增益介質(zhì)翻轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累，Q開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)，振蕩腔將輸出脈沖，此時(shí)輸出的第一個(gè)脈沖稱之為首脈沖，該脈沖相對(duì)隨其后的脈沖相比，能量可能大幾倍到幾十倍。因此腔內(nèi)倍頻聲光調(diào)Q紫外激光器首脈沖會(huì)帶來(lái)腔內(nèi)外光學(xué)件的擊傷，特別是倍頻晶體，在加工過(guò)程中，也易造成被加工件燒焦，形成切割深度和大小不一的孔。

目前國(guó)內(nèi)外抑制激光首脈沖的方法通常是用測(cè)量脈沖間隔時(shí)間和調(diào)整Q開(kāi)關(guān)射頻功率大小的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這些方法都無(wú)法完整可靠的抑制各種情形產(chǎn)生的首脈沖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電流及首脈沖控制電路及腔內(nèi)倍頻半導(dǎo)體激光器，解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法完整可靠的抑制各種情形產(chǎn)生的首脈沖的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種電流及首脈沖控制電路，包括：MCU組合、D/A轉(zhuǎn)換器、泵浦電流控制模塊、射頻信號(hào)幅度控制器、射頻信號(hào)功率放大器、重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器、重復(fù)頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)和射頻信號(hào)發(fā)生器；所述MCU組合分別與所述D/A轉(zhuǎn)換器、所述射頻信號(hào)幅度控制器和所述重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器還與所述泵浦電流控制模塊連接，并通過(guò)所述泵浦電流控制模塊與激光泵浦模塊連接，所述射頻信號(hào)幅度控制器還與所述射頻信號(hào)功率放大器連接，并通過(guò)所述射頻信號(hào)功率放大器與聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)連接，所述重復(fù)頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)分別與所述重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器、所述射頻信號(hào)幅度控制器和所述射頻信號(hào)發(fā)生器連接。

其中，所述射頻信號(hào)幅度控制器包括射頻前級(jí)放大器、充放電電容和充放電電子開(kāi)關(guān)，所述充放電電容的陰極接地，所述充放電電容的陽(yáng)極與所述充放電電子開(kāi)關(guān)的第一引腳連接，所述充放電電子開(kāi)關(guān)的第二引腳與所述射頻前級(jí)放大器連接，所述充放電電子開(kāi)關(guān)的第三引腳與所述MCU組合連接。

其中，所述重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器包括重復(fù)頻率信號(hào)來(lái)源選擇開(kāi)關(guān)、脈沖測(cè)量模塊和射頻窗口定時(shí)器，所述射頻窗口定時(shí)器和所述脈沖測(cè)量模塊均與所述重復(fù)頻率信號(hào)來(lái)源選擇開(kāi)關(guān)的第一引腳連接，所述重復(fù)頻率信號(hào)來(lái)源選擇開(kāi)關(guān)的第二引腳、第三引腳和第四引腳均與所述MCU組合連接。

具體的，所述脈沖測(cè)量模塊包括脈沖頻率測(cè)量模塊和脈沖間隔時(shí)間測(cè)量模塊。

具體的，所述射頻窗口定時(shí)器輸出的脈沖脈寬為3us。

一種腔內(nèi)倍頻半導(dǎo)體激光器，包括：側(cè)面泵浦模塊、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)、二倍頻晶體、離散角補(bǔ)償晶體、三倍頻晶體、3個(gè)全反射鏡、布儒斯特起偏器、激光器電流和首脈沖控制電路；其中，

第一全反射鏡和第二全反射鏡組成折疊腔的第一腔體，第二全反射鏡和第三全反射鏡組成折疊腔的第二腔體，所述側(cè)面泵浦模塊、所述聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)和所述布儒斯特起偏器設(shè)置在所述第一腔體內(nèi)；所述二倍頻晶體、所述離散角補(bǔ)償晶體和所述三倍頻晶體設(shè)置在所述第二腔體內(nèi)；所述首脈沖控制電路設(shè)置在所述第一腔體內(nèi)，并與所述側(cè)面泵浦模塊和所述聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)連接。

具體的，所述三倍頻晶體的一個(gè)端面切割成布儒斯特角。

采用上述技術(shù)方案，由于將兩種傳統(tǒng)抑制激光首脈沖的方法采用特定的首脈沖電路結(jié)構(gòu)結(jié)合，在首脈沖電路結(jié)構(gòu)中同時(shí)設(shè)置有射頻信號(hào)幅度控制器和重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)激光首脈沖的抑制，起到很好的效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型電流及首脈沖控制電路的電路原理圖；

圖2為本實(shí)用新型中射頻信號(hào)幅度控制器的電路原理圖；

圖3為本實(shí)用新型中重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器的電路原理圖；

圖4為本實(shí)用新型腔內(nèi)倍頻半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-MCU組合，2-D/A轉(zhuǎn)換器，3-泵浦電流控制模塊，4-射頻信號(hào)幅度控制器，41-射頻前級(jí)放大器，42-充放電電容，43-充放電電子開(kāi)關(guān)，5-射頻信號(hào)功率放大器，6-重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器，61-重復(fù)頻率信號(hào)來(lái)源選擇開(kāi)關(guān)，62-脈沖測(cè)量模塊，63-射頻窗口定時(shí)器，7-重復(fù)頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)，8-射頻信號(hào)發(fā)生器，9-激光泵浦模塊，10-聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)，101-側(cè)面泵浦模塊，102-聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)，103-二倍頻晶體，104-離散角補(bǔ)償晶體，105-三倍頻晶體，106-布儒斯特起偏器，107-激光器電流和首脈沖控制電路，108-第一全反射鏡，109-第二全反射鏡，110-第三全反射鏡。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

作為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例，提出一種電流及首脈沖控制電路，包括：MCU組合1、D/A轉(zhuǎn)換器2、泵浦電流控制模塊3、射頻信號(hào)幅度控制器4、射頻信號(hào)功率放大器5、重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器6、重復(fù)頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)7和射頻信號(hào)發(fā)生器8；MCU組合1分別與D/A轉(zhuǎn)換器2、射頻信號(hào)幅度控制器4和重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器6連接，D/A轉(zhuǎn)換器2還與泵浦電流控制模塊3連接，并通過(guò)泵浦電流控制模塊3與激光器的激光泵浦模塊連接，射頻信號(hào)幅度控制器4還與射頻信號(hào)功率放大器5連接，并通過(guò)射頻信號(hào)功率放大器5與激光器的聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)連接，重復(fù)頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)7分別與重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器6、射頻信號(hào)幅度控制器4和射頻信號(hào)發(fā)生器8連接。

由MCU組合1產(chǎn)生電流數(shù)字信號(hào)經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器2成電壓值，該電壓值控制泵浦電流控制模塊3產(chǎn)生電流驅(qū)動(dòng)激光器的激光泵浦模塊9。

射頻信號(hào)發(fā)生器8產(chǎn)生Q開(kāi)關(guān)工作的主頻信號(hào)，射頻信號(hào)經(jīng)由重復(fù)頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)7后，注入射頻信號(hào)幅度控制器6，再經(jīng)射頻信號(hào)功率放大器5放大后，輸入驅(qū)動(dòng)激光器的聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)10。

重復(fù)頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)受重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器控制，可切斷和接通射頻信號(hào)注入其后級(jí)電路，以達(dá)成用重復(fù)頻率調(diào)制射頻信號(hào)(Q開(kāi)關(guān)工作的主頻信號(hào))。重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器受MCU組合控制，并可選擇內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)或外部觸發(fā)信號(hào)。

其中，射頻信號(hào)幅度控制器4如圖2所示，包括射頻前級(jí)放大器41、充放電電容42和充放電電子開(kāi)關(guān)43，充放電電容42的陰極接地，充放電電容42的陽(yáng)極與充放電電子開(kāi)關(guān)43的第一引腳連接，充放電電子開(kāi)關(guān)43的第二引腳與射頻前級(jí)放大器連接，充放電電子開(kāi)關(guān)43的第三引腳與MCU組合連接。

射頻前級(jí)放大器的放大倍數(shù)由注入他的電壓大小控制，MCU組合1內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換器2產(chǎn)生兩個(gè)電壓值，分別控制射頻前級(jí)放大器產(chǎn)生最大射頻放大幅值和最小射頻放大幅值，MCU組合1內(nèi)還產(chǎn)生一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，通過(guò)兩個(gè)電壓值的控制使射頻放大幅度按特定的指數(shù)曲線下降和上升，MCU組合內(nèi)也可產(chǎn)生一PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，可使得射頻前級(jí)放大器的放大幅值設(shè)定在最大射頻放大幅值和最小射頻放大幅值之間。由此我們能通過(guò)控制加載在聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)上的射頻功率幅值大小來(lái)改變諧振腔內(nèi)光場(chǎng)的損耗大小。

其中，如圖3所示，重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器6包括重復(fù)頻率信號(hào)來(lái)源選擇開(kāi)關(guān)61、脈沖測(cè)量模塊62和射頻窗口定時(shí)器63，射頻窗口定時(shí)器63和脈沖測(cè)量模塊62均與重復(fù)頻率信號(hào)來(lái)源選擇開(kāi)關(guān)61的第一引腳連接，重復(fù)頻率信號(hào)來(lái)源選擇開(kāi)關(guān)61的第二引腳、第三引腳和第四引腳均與MCU組合連接。

由MCU組合1通過(guò)電子開(kāi)關(guān)選擇來(lái)自內(nèi)部或外的重復(fù)頻率信號(hào)，被選中的重復(fù)頻率通過(guò)射頻窗口定時(shí)器的單穩(wěn)態(tài)電路形成3us脈寬的觸發(fā)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)重復(fù)頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)工作。

脈沖頻率和脈沖間隔時(shí)間測(cè)量模塊，對(duì)觸發(fā)信號(hào)(重復(fù)頻率信號(hào))進(jìn)行兩項(xiàng)檢測(cè)，即：脈沖的頻率檢測(cè)和脈沖間隔時(shí)間測(cè)量，并輸入MCU組合參與運(yùn)算。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)脈沖1a和1b產(chǎn)生，由脈沖頻率、脈沖間隔時(shí)間測(cè)量模塊檢測(cè)出脈沖周期t1(1/脈沖頻率),MCU組合把t1定為時(shí)間基準(zhǔn)，當(dāng)下個(gè)t2到來(lái)時(shí)(t2由MCU組合定義為t1X1.08左右，具體可用由特定的激光系統(tǒng)而定)還沒(méi)檢測(cè)到下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)脈沖，MCU組合產(chǎn)生射頻幅度控制信號(hào)，使充放電電容接入射頻前置放大器電路，使射頻幅度由最大幅度過(guò)渡到最小幅度控制電平狀態(tài)下(MCU組合取之前時(shí)間基準(zhǔn)t1作為判斷，產(chǎn)生相應(yīng)的最小幅度控制電平大小)，并輸入到射頻信號(hào)幅度控制器以產(chǎn)生相應(yīng)的連續(xù)光射頻幅度的最小射頻幅度，經(jīng)過(guò)t3時(shí)間后，此時(shí)激光器進(jìn)入連續(xù)出光模式(CW模式)，激光器諧振腔內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)的連續(xù)光，從而消耗多余的翻轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)脈沖2a來(lái)臨時(shí)MCU組合將射頻信號(hào)幅度控制信號(hào)撤除，并將最大幅度控制電平輸入到射頻前級(jí)放大器使Q開(kāi)關(guān)完全關(guān)閉，這樣就有效的屏蔽掉了首脈沖，當(dāng)2b觸發(fā)脈沖來(lái)到時(shí)，同樣按上述方法再檢測(cè)脈沖間隔時(shí)間同樣的方法再進(jìn)行判斷，如果后續(xù)的脈沖間隔時(shí)間不超過(guò)tX1.08，激光器將保持脈沖狀態(tài)。

作為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例，提出一種腔內(nèi)倍頻半導(dǎo)體激光器，如圖4所示，包括：側(cè)面泵浦模塊101、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)102、二倍頻晶體103、離散角補(bǔ)償晶體104、三倍頻晶體105、3個(gè)全反射鏡、布儒斯特起偏器106、激光器電流和首脈沖控制電路107；其中，

第一全反射鏡108和第二全反射鏡109組成折疊腔的第一腔體，第二全反射鏡109和第三全反射鏡110組成折疊腔的第二腔體，側(cè)面泵浦模塊101、聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)102和布儒斯特起偏器106設(shè)置在第一腔體內(nèi)；二倍頻晶體103、離散角補(bǔ)償晶體104和三倍頻晶體105設(shè)置在第二腔體內(nèi)；首脈沖控制電路設(shè)置在第一腔體內(nèi)，并與側(cè)面泵浦模塊101和聲光調(diào)Q開(kāi)關(guān)102連接。三倍頻晶體105的一個(gè)端面切割成布儒斯特角。

側(cè)面泵浦模塊101輸出808納米的激光注入激光介質(zhì)Nd3+:YAG晶體形成1064nm基頻光，基頻光輸出光路上依次是的Q開(kāi)關(guān)、第一全反射鏡108、布儒斯特起偏器106、第二全反射鏡109、三倍頻晶體105、離散角補(bǔ)償晶體、二倍頻晶體103和第三全反射鏡110；布儒斯特起偏器促使激光腔對(duì)基頻光P光進(jìn)行強(qiáng)化，三倍頻晶體的一個(gè)端面切割成布儒斯特角且不鍍光學(xué)膜，直接作為激光輸出窗口，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的離散角補(bǔ)償晶體，從而改變其對(duì)回程倍頻光的離散間距，從而補(bǔ)償回程倍頻光在二倍頻晶體中產(chǎn)生的離散效應(yīng)，以增大和頻效率，激光器電流及首脈沖控制電路對(duì)側(cè)面泵浦模塊電流和Q開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。

采用上述技術(shù)方案，由于將兩種傳統(tǒng)抑制激光首脈沖的方法采用特定的首脈沖電路結(jié)構(gòu)結(jié)合，在首脈沖電路結(jié)構(gòu)中同時(shí)設(shè)置有射頻信號(hào)幅度控制器和重復(fù)頻率觸發(fā)電路控制器的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)激光首脈沖的抑制，起到很好的效果。

以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型不限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本實(shí)用新型原理和精神的情況下，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。