[发明专利]高能量皮秒激光脉冲POD控制系统及方法

说明书

本发明提供了一种高能量皮秒激光脉冲POD控制系统及方法，该系统包括控制电路、光学快速选取装置、主光学时钟，所述主光学时钟连接所述控制电路，所述控制电路连接所述光学快速选取装置，所述主光学时钟用于发出基础时钟激光脉冲信号并传递给所述控制电路，所述控制电路用于根据基础时钟激光脉冲信号以及接收的外部控制脉冲信号输出调制脉冲信号给所述光学快速选取装置，所述光学快速选取装置用于根据调制脉冲信号对皮秒激光器发出的激光脉冲进行筛选。本发明可以在高达1MHz的高能量皮秒激光脉冲里精确的选出所需要的每一个皮秒激光脉冲；可以实现皮秒激光器POD功能，激光输出频率随外控信号实时调制变化。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种高能量皮秒激光脉冲POD控制系统及方法。

背景技术

脉冲能量为几百μJ(微焦 )、重复频率为几百kHz(千赫兹 )的高功率高重复频率的皮秒激光能满足对许多材料的精细加工需求，可被广泛应用于激光切割、雕刻、划线以及打标等领域。皮秒激光加工技术已成为激光加工领域的研究热点，引领未来激光加工的趋势。由于使用者在使用皮秒激光器对材料的高速加工过程中，需要在不改变单脉冲的各种参数下，快速调整激光脉冲的频率，因此就要对激光器输出的定频光脉冲进行高速调制输出。现有技术直接改变激光器的光脉冲输出频率，不但会改变单脉冲的各种参数（例如采用传统控制直接改变激光输出频率，激光单脉冲能量也会跟随改变），而且响应速度慢，影响加工效率；另外激光器自身也不适于在低频模式下工作；因此在使用激光器对材料进行加工的过程中，先将激光器的激光单脉冲设置在一个最优的单脉冲参数下，然后采用POD控制装置对激光脉冲进行频率调制输出，将激光器的单脉冲的光学参数和实际出光频率变成两个独立的控制参数，均可独立控制，满足各种加工需求。

现有皮秒激光器单脉冲选取控制技术在以下技术上存在不足或还不能实现：1、可以实现从重复频率为1MHz的高能量激光脉冲里，选取出频率为1-20分频的高能量激光；2、可以通过软件设置，实现外部触发或者门控信号对激光脉冲进行调制输出；3、选择外部触发输出激光脉冲时，可实现激光脉冲频率随外部触发控制信号频率实时改变，即实现POD（pulse on demand）控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高能量皮秒激光脉冲POD控制系统及方法，可以实现激光脉冲单脉冲能量恒定且激光脉冲输出可由客户控制信号触发，保证客户控制信号在变频下，达到一致的加工效果，同时规避了激光器自身无法低频出光，以及激光器在不同频率下单脉冲能量不同的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种高能量皮秒激光脉冲POD控制系统，包括控制电路、光学快速选取装置、主光学时钟，所述主光学时钟连接所述控制电路，所述控制电路连接所述光学快速选取装置，所述主光学时钟用于发出基础时钟激光脉冲信号并传递给所述控制电路，所述控制电路用于根据基础时钟激光脉冲信号以及接收的外部控制脉冲信号输出调制脉冲信号给所述光学快速选取装置，所述光学快速选取装置用于根据调制脉冲信号对皮秒激光器发出的激光脉冲进行筛选。

进一步地，所述控制电路包括用于逻辑时序控制的FPGA和用于控制管理的MCU。

进一步地，所述控制电路采用触发信号或门控信号作为外部控制脉冲信号，FPGA接收外部控制脉冲信号与基础时钟激光脉冲信号后输出与外部控制脉冲信号频率一致的高能量激光脉冲，同时在每个外部触发信号上升沿的起点产生数字调制信号，通过数字调制信号控制光学快速选取装置。

进一步地，所述控制电路还包括时序电路、CPU、实时时钟、I/O接口和RS232接口。

本发明还提供一种根据上述系统进行高能量皮秒激光脉冲POD控制的方法，包括以下步骤：

S1、在重复频率的高能量皮秒激光脉冲输出时，控制电路接收主光学时钟发出的基础时钟激光脉冲信号；