本發(fā)明主要涉及到光纖激光，尤其是一種基于激光時(shí)域調(diào)控的模式不穩(wěn)定抑制方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、在高功率光纖激光器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用過(guò)程中，模式不穩(wěn)定現(xiàn)象普遍存在，嚴(yán)重威脅了激光器的穩(wěn)定性，降低了輸出激光的光束質(zhì)量，顯著限制了系統(tǒng)功率的進(jìn)一步提升。這不僅影響了光纖激光器在工業(yè)加工、生物醫(yī)療、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域的性能表現(xiàn)，也對(duì)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

2、目前，在光纖激光器領(lǐng)域，已經(jīng)有部分公開(kāi)的模式不穩(wěn)定抑制方法和裝置。公告號(hào)為cn?208571223u的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N抑制大功率光纖激光放大器中模式不穩(wěn)定的系統(tǒng)，通過(guò)引入偏振調(diào)控系統(tǒng)，以減少沿增益光纖縱向注入和傳輸?shù)母唠A模式比例，從而抑制大功率光纖激光放大器中的模式不穩(wěn)定效應(yīng)。專(zhuān)利公告號(hào)為cn?212485781u的專(zhuān)利申請(qǐng)描述了一種抑制非線(xiàn)性及模式不穩(wěn)定效應(yīng)的增益光纖組及光纖放大器，通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)弧形增益光纖段的曲率半徑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖激光放大器光束質(zhì)量的改善和非線(xiàn)性效應(yīng)的有效抑制。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為cn?115313138a的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N主動(dòng)抑制光纖激光模式不穩(wěn)定的系統(tǒng)和方法，通過(guò)分束控制高階模和基模之間的頻移量，破壞光纖放大器中的模間干涉，抑制模式不穩(wěn)定效應(yīng)的產(chǎn)生。公開(kāi)號(hào)為cn?111916984a的專(zhuān)利申請(qǐng)介紹了一種具有模式不穩(wěn)定效應(yīng)抑制功能的光纖激光系統(tǒng)，采用少模光纖布拉格光柵和高階模濾除器，改變泵浦光波長(zhǎng)并適當(dāng)增加后向泵浦光能量的比例，用以提高光纖激光器模式不穩(wěn)定閾值，提升輸出功率。

3、然而，這些模式不穩(wěn)定抑制方法通常涉及對(duì)光纖激光器光學(xué)路徑或結(jié)構(gòu)的物理修改，這不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，而且在現(xiàn)有光纖激光器上實(shí)施起來(lái)頗具挑戰(zhàn)。此外，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中往往難以適應(yīng)快速變化的操作條件，導(dǎo)致調(diào)整過(guò)程繁瑣且響應(yīng)速度遲緩，難以精確鎖定最優(yōu)的抑制參數(shù)。

4、隨著激光技術(shù)的發(fā)展，對(duì)激光器性能的要求日益嚴(yán)格，尤其是在光束質(zhì)量和功率穩(wěn)定性方面。因此，迫切需要既能夠有效抑制模式不穩(wěn)定效應(yīng)，又能保持成本效益和操作靈活性的新型方法和裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于激光時(shí)域調(diào)控的模式不穩(wěn)定抑制方法和裝置。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明基于激光時(shí)域調(diào)控的模式不穩(wěn)定抑制方法，光纖激光器中包括一個(gè)以上的連續(xù)泵浦光源以及一個(gè)以上的時(shí)域調(diào)制泵浦光源，所述時(shí)域調(diào)制泵浦光源用于輸出經(jīng)過(guò)時(shí)域調(diào)控的脈沖泵浦光序列，通過(guò)探測(cè)光纖激光器的輸出特性，判斷當(dāng)前光纖激光器的狀態(tài)以及是否達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值，若到達(dá)模式不穩(wěn)定閾值，則在光纖激光器中注入經(jīng)過(guò)時(shí)域調(diào)控的脈沖泵浦光序列，基于控制算法不斷改變各時(shí)域調(diào)制泵浦光源的泵浦光調(diào)制參數(shù)，時(shí)域調(diào)制泵浦光源的泵浦光調(diào)制參數(shù)包括脈沖泵浦光序列的幅度、頻率、占空比、波形或/和調(diào)制深度，并同步探測(cè)光纖激光器的輸出特性，直至探測(cè)到光纖激光器的激光輸出功率持續(xù)線(xiàn)性增長(zhǎng)，時(shí)域穩(wěn)定，頻域特征峰只有泵浦調(diào)制對(duì)應(yīng)的重頻及其倍頻，模式不穩(wěn)定現(xiàn)象消失，如此實(shí)現(xiàn)有效抑制光纖激光器中的模式不穩(wěn)定效應(yīng)，進(jìn)一步提升光纖激光器的輸出功率。

4、本發(fā)明中的光纖激光器的類(lèi)型不限。進(jìn)一步的，所述光纖激光器包括但不限于光纖激光振蕩器、光纖激光放大器、振蕩放大一體化光纖激光器，以及具有單端輸出或雙端輸出結(jié)構(gòu)的光纖激光器，所述光纖激光器適用于高功率輸出。

5、優(yōu)選地，所述光纖激光器為單端輸出的光纖激光振蕩器，包括第一泵浦信號(hào)合束器、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二泵浦信號(hào)合束器、第一包層光濾除器、第一光纖端帽；所述第一泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第一泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第二泵浦光源；所述第二泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第三泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第四泵浦光源，其中第一泵浦光源、第三泵浦光源為連續(xù)泵浦光源，第二泵浦光源和第四泵浦光源為時(shí)域調(diào)制泵浦光源，所述時(shí)域調(diào)制泵浦光源用于輸出用于時(shí)域調(diào)控的脈沖泵浦光序列；

6、第一泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂依次連接，第二泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出臂、第一包層光濾除器、第一光纖端帽依次連接，第一光纖端帽作為光纖激光器的輸出端，最終輸出激光。

7、優(yōu)選地，所述光纖激光器為雙端輸出的光纖激光振蕩器，包括第一泵浦信號(hào)合束器、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二泵浦信號(hào)合束器、第一包層光濾除器、第一光纖端帽、第二包層光濾除器、第二光纖端帽；所述第一泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第一泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第二泵浦光源；所述第二泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第三泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第四泵浦光源，其中第一泵浦光源、第三泵浦光源為連續(xù)泵浦光源，第二泵浦光源和第四泵浦光源為時(shí)域調(diào)制泵浦光源，所述時(shí)域調(diào)制泵浦光源用于輸出用于時(shí)域調(diào)控的脈沖泵浦光序列；

8、第一泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂依次連接，第二泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出臂、第一包層光濾除器、第一光纖端帽依次連接，第一泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出臂、第二包層光濾除器、第二光纖端帽依次連接，所述第一光纖端帽、第二光纖端帽作為光纖激光器的兩個(gè)輸出端，最終輸出激光。

9、優(yōu)選地，所述光纖激光器包括第一泵浦信號(hào)合束器、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二增益光纖、第二泵浦信號(hào)合束器、第一包層光濾除器、第一光纖端帽；所述第一泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第一泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第二泵浦光源；所述第二泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第三泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第四泵浦光源，其中第一泵浦光源、第三泵浦光源為連續(xù)泵浦光源，第二泵浦光源和第四泵浦光源為時(shí)域調(diào)制泵浦光源；

10、第一泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二增益光纖、第二泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂依次連接，第二泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出臂、第一包層光濾除器、第一光纖端帽依次連接，所述第一光纖端帽作為光纖激光器的輸出端，最終輸出激光。

11、優(yōu)選地，所述光纖激光器包括第一泵浦信號(hào)合束器、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二包層光濾除器、第二泵浦信號(hào)合束器、第二增益光纖、第三泵浦信號(hào)合束器、第一包層光濾除器、第一光纖端帽；

12、所述第一泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第一泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第二泵浦光源；所述第二泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第四泵浦光源，所述第三泵浦信號(hào)合束器一根泵浦輸入臂上連接有第三泵浦光源，其中第二泵浦光源為時(shí)域調(diào)制泵浦光源，第一泵浦光源、第三泵浦光源、第四泵浦光源均為連續(xù)泵浦光源；

13、第一泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二包層光濾除器、第二泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出臂、第二增益光纖、第三泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂依次連接，第三泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出臂、第一包層光濾除器、第一光纖端帽依次連接，所述第一光纖端帽作為光纖激光器的輸出端，最終輸出激光。

14、優(yōu)選地，所述光纖激光器包括第一泵浦信號(hào)合束器、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二泵浦信號(hào)合束器、第一包層光濾除器、第一光纖端帽、第二包層光濾除器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、偏振合束器；所述第一泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第一泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第二泵浦光源；所述第二泵浦信號(hào)合束器的一根泵浦輸入臂上連接有第三泵浦光源，一根泵浦輸入臂上連接有第四泵浦光源，其中第一泵浦光源、第三泵浦光源為連續(xù)泵浦光源，第二泵浦光源和第四泵浦光源為時(shí)域調(diào)制泵浦光源；

15、第一泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂、第一光纖光柵、第一增益光纖、第二光纖光柵、第二泵浦信號(hào)合束器的泵浦輸出臂依次連接，第二泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出臂、第一包層光濾除器、第二相位調(diào)制器的輸入端依次連接，第一泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出臂、第二包層光濾除器、第一相位調(diào)制器的輸入端依次連接；第一相位調(diào)制器的輸出端和第二相位調(diào)制器的輸出端均與偏振合束器連接，偏振合束器連接第一光纖端帽，所述第一光纖端帽作為光纖激光器的輸出端，最終輸出激光。

16、另一方面，本發(fā)明提出一種基于激光時(shí)域調(diào)控的模式不穩(wěn)定抑制裝置，包括光纖激光器、模式不穩(wěn)定探測(cè)模塊以及控制模塊；

17、光纖激光器中包括一個(gè)以上的連續(xù)泵浦光源以及一個(gè)以上的時(shí)域調(diào)制泵浦光源，所述時(shí)域調(diào)制泵浦光源用于輸出經(jīng)過(guò)時(shí)域調(diào)控的脈沖泵浦光序列；

18、模式不穩(wěn)定探測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)探測(cè)光纖激光器的輸出特性；

19、所述控制模塊基于探測(cè)到的輸出特性，判斷當(dāng)前光纖激光器的狀態(tài)以及是否達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值，若到達(dá)模式不穩(wěn)定閾值，則在光纖激光器中注入經(jīng)過(guò)時(shí)域調(diào)控的脈沖泵浦光序列，基于控制算法不斷改變各時(shí)域調(diào)制泵浦光源的泵浦光調(diào)制參數(shù)，時(shí)域調(diào)制泵浦光源的泵浦光調(diào)制參數(shù)包括脈沖泵浦光序列的幅度、頻率、占空比、波形或/和調(diào)制深度，并同步探測(cè)光纖激光器的輸出特性，直至探測(cè)到光纖激光器的激光輸出功率持續(xù)線(xiàn)性增長(zhǎng)，時(shí)域穩(wěn)定，頻域特征峰只有泵浦調(diào)制對(duì)應(yīng)的重頻及其倍頻，模式不穩(wěn)定現(xiàn)象消失，如此實(shí)現(xiàn)有效抑制光纖激光器中的模式不穩(wěn)定效應(yīng)，進(jìn)一步提升光纖激光器的輸出功率。

20、本發(fā)明中的光纖激光器的類(lèi)型不限。進(jìn)一步的，所述光纖激光器包括但不限于光纖激光振蕩器、光纖激光放大器、振蕩放大一體化光纖激光器，以及具有單端輸出或雙端輸出結(jié)構(gòu)的光纖激光器，所述光纖激光器適用于高功率輸出。

21、進(jìn)一步地，所述模式不穩(wěn)定探測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)對(duì)模式不穩(wěn)定導(dǎo)致的激光輸出特性進(jìn)行探測(cè)，所述模式不穩(wěn)定探測(cè)模塊探測(cè)的輸出激光特性包括但不限于：功率、時(shí)域、模式占比、光束質(zhì)量；

22、所述控制模塊包括性能評(píng)價(jià)子模塊、反饋控制子模塊、泵浦控制子模塊，模式不穩(wěn)定探測(cè)模塊探測(cè)到的輸出激光特性輸入性能評(píng)價(jià)子模塊進(jìn)行分析處理，性能評(píng)價(jià)子模塊基于模式不穩(wěn)定探測(cè)模塊探測(cè)得到的激光輸出特性變化數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前光纖激光器的狀態(tài)以及是否達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值出現(xiàn)模式不穩(wěn)定，當(dāng)前光纖激光器達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值出現(xiàn)模式不穩(wěn)定后的激光特性變化包括：具有khz特征頻率的時(shí)域功率起伏、激光功率滯漲或下降、激光模式動(dòng)態(tài)耦合、光束質(zhì)量迅速下降；

23、當(dāng)性能評(píng)價(jià)子模塊判斷當(dāng)前光纖激光器達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值出現(xiàn)模式不穩(wěn)定后，由反饋控制子模塊運(yùn)行的控制算法不斷改變各時(shí)域調(diào)制泵浦光源的泵浦光調(diào)制參數(shù)并傳輸給泵浦控制子模塊，使各時(shí)域調(diào)制泵浦光源在光纖激光器中注入經(jīng)過(guò)時(shí)域調(diào)控的脈沖泵浦光序列，其中所述反饋控制子模塊中運(yùn)行的控制算法是線(xiàn)性的或非線(xiàn)性的，包括但不限于：隨機(jī)并行梯度下降算法、爬山法、遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法、自抗擾控制算法、pid控制算法、模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法。

24、采用本發(fā)明的方法，可以達(dá)到以下技術(shù)效果：

25、1)本發(fā)明通過(guò)探測(cè)光纖激光器的輸出特性，判斷當(dāng)前光纖激光器是否達(dá)到模式不穩(wěn)定閾值，若到達(dá)模式不穩(wěn)定閾值，則在光纖激光器中注入經(jīng)過(guò)時(shí)域調(diào)控的脈沖泵浦光序列，可有效抑制光纖激光器的模式不穩(wěn)定效應(yīng)，從而提高模式不穩(wěn)定閾值，使得激光器能夠在更高的功率水平下穩(wěn)定工作，滿(mǎn)足對(duì)高功率激光應(yīng)用的需求，如材料加工、激光切割和焊接等。

26、2)本發(fā)明有助于優(yōu)化高功率下輸出激光的光束質(zhì)量，減小光束發(fā)散角，提高光束亮度，這對(duì)于精密加工、生物醫(yī)療和科學(xué)研究等領(lǐng)域尤為重要。

27、3)本發(fā)明所述的模式不穩(wěn)定探測(cè)模塊以及控制模塊設(shè)計(jì)為光纖激光器的外接電路，與現(xiàn)有的光纖激光器結(jié)構(gòu)兼容，無(wú)需對(duì)光學(xué)路徑進(jìn)行改造，避免了昂貴的光學(xué)元件更換和復(fù)雜的機(jī)械調(diào)整，使得升級(jí)和維護(hù)更加便捷。同時(shí)，該方法的可調(diào)節(jié)性允許激光器適應(yīng)不同的工作條件和應(yīng)用需求。