一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置及其方法与流程

1.本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置及其方法。


背景技术：

2.目前，在诸多激光器应用领域，需要提前预先知道激光器脉冲发射的时刻。譬如：激光测距应用，需要知道激光脉冲的发射时刻，作为计时零点；激光诱导击穿光谱（libs）或远程激光拉曼雷达应用需要提前预知激光脉冲发射准备时刻，以便打开光谱仪采集等等。
3.目前激光器的零点信号的检测方案主要有两种，一种是靠在激光器内部或者外部放置光电二极管，通过分光装置获取激光输出的同步光信号。这种分光后使用光电二极管探测激光信号以获知激光器的出光时刻是在激光出光后才探测，不可避免会有延迟，这个系统误差无法消除。另一种是通过激光电源控制器的设计来监测激光器的激光脉冲发射，这种方法通过电源来控制激光发射，不可避免测得的零点信号误差是较大的，且可能因为电路间接控制出光的原因出现错误信号，例如电源控制器指示激光发射但是激光腔并未出光。在某些精密测量中，更需要提前预知激光脉冲发射，在激光脉冲发射前做好设备预设。


技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的在于，提供一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置及其方法，能够通过设置在激光谐振腔内的发光元件、第一光检测元件和第二光检测元件获取激光晶体或者可饱和吸收体的透射光信号，并通过设置于该光检测单元连接的计算单元，预测得到激光器光脉冲发射准备时刻，从而准确知道激光器脉冲的发射时刻，是主动测量信号，得到的激光器零点信号准确且超前，特别适合需要预知激光器出光的场合。
5.第一方面，本发明提供一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置，所述激光器包括激光谐振腔、激光晶体和可饱和吸收体，所述激光晶体和所述可饱和吸收体同轴设置于所述激光谐振腔内，所述激光谐振腔由输入镜和耦合输出镜组成，所述输入镜和所述耦合输出镜沿输出光束方向依次设置，所述输出光束穿过所述激光晶体和所述可饱和吸收体，所述装置包括：发光元件，设置于所述激光谐振腔内，所述发光元件用于向所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体发射光；第一光接收元件，设置于所述激光谐振腔内，用于接收所述发光元件发射的，穿过所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体的透射光，并将接收到的所述透射光信号转化为电信号；计算单元，与所述发光元件和所述第一光接收元件连接，所述计算单元用于控制所述发光元件发射光，以及从所述第一光接收元件获取所述电信号，并根据所述电信号得到所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体的透射率，以及检测预设的所述透射率的设定值对应的时刻，确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
6.进一步地，所述发光元件包括第一激光二极管，所述第一激光二极管与所述计算单元连接；所述第一光接收元件包括第一光电二极管，所述第一光电二极管与所述计算单元连接；所述第一激光二极管和所述第一光电二极管对称设置于所述可饱和吸收体两侧；所述第一激光二极管用于向所述可饱和吸收体发射第一检测激光，所述第一光电二极管用于接收所述第一检测激光穿过所述可饱和吸收体的第一透射光，并将所述第一透射光信号，转化为第一电信号；所述计算单元用于控制所述第一激光二极管发射激光，以及从所述第一光电二极管获取所述第一电信号，并根据所述第一电信号得到所述可饱和吸收体的透射率，以及检测预设的所述可饱和吸收体的透射率的设定值对应的时刻，确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
7.进一步地，所述发光元件包括第二激光二极管，所述第二激光二极管与所述计算单元连接；所述第一光接收元件包括第二光电二极管，所述第二光电二极管与所述计算单元连接；所述第二激光二极管和所述第二光电二极管对称设置于所述激光晶体两侧；所述第二激光二极管用于向所述激光晶体发射第二检测激光，所述第二光电二极管用于接收所述第二检测激光穿过所述激光晶体的第二透射光，并将所述第二透射光信号，转化为第二电信号；所述计算单元用于控制所述第二激光二极管发射激光，以及从所述第二光电二极管获取所述第二电信号，并根据所述第二电信号得到所述激光晶体的透射率，以及检测预设的所述激光晶体的透射率的设定值对应的时刻，确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
8.第二方面，本发明还提供一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置，所述激光器包括泵浦源、激光谐振腔、激光晶体和可饱和吸收体，所述激光晶体和所述可饱和吸收体同轴设置于所述激光谐振腔内，所述激光谐振腔由输入镜和耦合输出镜组成，所述输入镜和所述耦合输出镜沿所述泵浦源的输出光束方向依次设置，所述泵浦源的输出光束穿过所述激光晶体和所述可饱和吸收体，所述装置包括：第二光接收元件，设置于所述激光谐振腔内，用于接收所述泵浦源发射的泵浦光在所述激光晶体的透射光，并将所述透射光信号转化为电信号；计算单元，与所述第二光接收元件连接，所述计算单元用于从所述第二光接收元件获取所述电信号，根据该电信号得到所述激光晶体的透射率，以及检测预设的所述透射率的设定值对应的时刻，确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
9.进一步地，所述第二光接收元件包括第三光电二极管，所述第三光电二极管设置于所述激光晶体一侧面，并与所述计算单元连接；所述第三光电二极管用于接收所述泵浦源发射的泵浦光在所述激光晶体的第三透射光，并将所述第三透射光信号转化为第三电信号；所述计算单元用于从所述第三光电二极管获取所述第三电信号，根据所述第三电
信号得到所述激光晶体的透射率，以及检测预设的所述激光晶体的透射率的设定值对应的时刻，确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
10.第三方面，本发明还提供一种预测激光器脉冲发射准备时刻的方法所述激光器包括激光谐振腔、激光晶体和可饱和吸收体，所述激光晶体和所述可饱和吸收体同轴设置于所述激光谐振腔内，所述激光谐振腔由输入镜和耦合输出镜组成，所述输入镜和所述耦合输出镜沿输出光束方向依次设置，所述输出光束穿过所述激光晶体和所述可饱和吸收体，预测激光器脉冲发射准备时刻的装置包括计算单元，所述方法包括以下步骤：在所述激光谐振腔内设置发光元件和第一光接收元件；控制所述发光元件向所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体发射光；从所述第一光接收元件获取电信号，其中，所述电信号通过所述第一光接收元件接收所述发光元件发射的，穿过所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体的透射光，并将接收到的所述透射光信号转化得到；根据所述电信号，得到所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体的透射率；检测预设的所述透射率的设定值对应的时刻，确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
11.进一步地，所述发光元件包括第一激光二极管，所述第一激光二极管与所述计算单元连接，所述第一光接收元件包括第一光电二极管，所述第一光电二极管与所述计算单元连接；所述第一激光二极管和所述第一光电二极管对称设置于所述可饱和吸收体两侧，该方法包括以下步骤：控制所述第一激光二极管向所述可饱和吸收体发射第一检测激光；从所述第一光电二极管获取第一电信号，其中，所述第一电信号通过所述第一光电二极管接收所述第一激光二极管发射的，穿过所述可饱和吸收体的第一透射光，并将接受到的所述第一透射光信号转化得到；根据所述第一电信号，得到所述可饱和吸收体的透射率；检测预设的所述可饱和吸收体的透射率设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
12.进一步地，所述发光元件包括第二激光二极管，所述第二激光二极管与所述计算单元连接，所述第一光接收元件包括第二光电二极管，所述第二光电二极管与所述计算单元连接；所述第二激光二极管和所述第二光电二极管对称设置于所述激光晶体两侧，该方法包括以下步骤：控制所述第二激光二极管向所述激光晶体发射第二检测激光；从所述第二光电二极管获取第二电信号，所述第二电信号通过所述第二光电二极管接收所述第二激光二极管发射的，穿过所述激光晶体的第二透射光，并将接受到的所述第二透射光信号转化得到；根据所述第二电信号，得到所述激光晶体的透射率；检测预设的所述激光晶体的透射率的设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
13.第四方面，本发明还提供一种预测激光器脉冲发射准备时刻的方法，所述激光器包括泵浦源、激光谐振腔、激光晶体和可饱和吸收体，所述激光晶体和所述可饱和吸收体同
轴设置于所述激光谐振腔内，所述激光谐振腔由输入镜和耦合输出镜组成，所述输入镜和所述耦合输出镜沿所述泵浦源的输出光束方向依次设置，所述泵浦源的输出光束穿过所述激光晶体和所述可饱和吸收体，预测激光器脉冲发射准备时刻的装置包括计算单元，该方法包括以下步骤：在所述激光谐振腔内设置第二光接收元件；从所述第二光接收元件获取电信号，所述电信号通过所述第二光接收元件接收所述泵浦源发射的泵浦光穿过所述激光晶体的透射光，并将该透射光信号转化得到；根据所述电信号，得到所述激光晶体的透射率；检测预设的所述激光晶体的透射率的设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
14.进一步地，所述第二光接收元件包括第三光电二极管，所述第三光电二极管设置于所述激光晶体一侧面，并与所述计算单元连接，该方法包括以下步骤：从所述第三光电二极管获取第三电信号，所述第三电信号通过所述第三光电二极管接收所述泵浦源发射的泵浦光在所述激光晶体的第三透射光，并将所述第三透射光信号转化得到；根据所述第三电信号，得到所述激光晶体的透射率；检测预设的所述激光晶体的透射率的设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
15.本发明实施例提供的一种激光器脉冲发射准备时刻的装置和方法，通过在激光腔内设置发光元件、第一光接收元件和第二光接收元件，并分别通过第一光接收元件和第二光接收原件得到透射率和粒子数反转的关系，从而在激光产生过程中确定粒子数反转接近最大时的透射率所在时刻，预测激光脉冲快发射的出光时刻。
16.具体的是通过监测可饱和吸收体的透过率，可饱和吸收体对泵浦源输出的泵浦光的吸收系数随入射光强增大而减小，本技术的申请人根据可饱和吸收体的特性，确认可以通过监测可饱和吸收体的透射率的变化，从而获取其与激光发射时刻的联系，即当达到饱和值时对激光呈现透明，激光穿过可饱和吸收体后通过输出镜输出。申请人通过实验得到可饱和吸收体透射率的设定值时，此时即为粒子数反转接近出光阈值，为激光脉冲快发射的出光时刻。
17.还可以通过监测激光晶体的透射率，激光晶体是增益介质的一种，激光晶体达到粒子数反转是产生激光的前提条件。因此，本技术的申请人根据其特性，确认激光晶体的粒子数状态，与其透过率有一定关联，因此可以通过其透射率进行监测。申请人通过实验得到激光晶体透射率的设定值时，此时即为粒子数反转接近出光阈值，为激光脉冲快发射的出光时刻。
18.泵浦光照射到激光晶体上，使其产生粒子数反转状态的照射光。泵浦光照射到激光晶体后，大部分会被激光晶体吸收，剩余没有被吸收的会穿透透过激光晶体。因此申请人认为监测剩余的泵浦光，能了解激光晶体对泵浦光的吸收情况，能侧面反映出增益介质粒子数反转的状态。并且通过实验确认泵浦光在激光晶体处的透射率的设定值对应的时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
19.相对比激光发射之后检测，或者通过激光电源控制器的设计来监测激光器的激光
脉冲发射的准备时间。能够避免因为在激光发射后进行检测产生的延迟以及因为激光电源控制器的传输导致的延迟和误差。通过在激光腔内部设置检测装置，在产生激光的过程中检测激光发射的准备时刻，该准备时刻和预设的准备时间的和即为激光器脉冲的发射时刻，是主动测量信号，得到的激光器零点信号准确且超前，特别适合需要预知激光器出光的场合，误差更小，更精确。
附图说明
20.图1为本技术实施例提供的一种激光器的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置结构示意图；图4为本技术实施例提供的一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置结构示意图；图5为本技术实施例提供的一种预测激光器脉冲发射准备时刻的其方法的步骤流程图；图6为本技术实施例提供的透射率和时间的曲线图。
21.附图标记：1、泵浦源；11、激光谐振腔；12、输入镜；13、耦合输出镜；14、激光晶体；15、可饱和吸收体；21、第一激光二极管；22、第二激光二极管；31、第一光电二极管；32、第二光电二极管；33、第三光电二极管。
具体实施方式
22.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
25.针对背景技术中的技术问题，本发明实施例提供一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置。请参阅图1，其为本技术中激光器的结构示意图，激光器包括激光谐振腔11、激光晶体14和可饱和吸收体15，激光晶体14和可饱和吸收体15同轴设置于激光谐振腔11内，激光谐振腔11由输入镜12和耦合输出镜13组成，输入镜12和耦合输出镜13沿输出光束方向依次设置，输出光束穿过激光晶体14和可饱和吸收体15。还包括泵浦源1，泵浦源1用于向激光谐振腔11中的激光晶体14发射泵浦光。具体的，激光晶体14和可饱和吸收体15的设置顺序不做限定。如图1所示，输入镜12、激光晶体14、可饱和吸收体15和耦合输出镜13沿输出光束
方向依次设置。在其他的实施例中，也可以使输入镜12、可饱和吸收体15、激光晶体14和耦合输出镜13沿输出光束方向依次设置。
26.该装置包括发光元件和光接收元件，发光元件和光接收元件均设置于所述激光谐振腔11内。发光元件用于向激光晶体14和/或所述可饱和吸收体15发射光。第一光接收元件用于接收发光元件发射的，穿过激光晶体14和/或可饱和吸收体15的透射光，并将接收到的透射光信号转化为电信号。具体的，发光元件可以是激光二极管，光接收元件可以是光电二极管或者是光电耦合器。
27.还包括计算单元，与光检测单元连接，计算单元用于控制发光元件发射光，以及从第一光接收元件获取所述电信号，并根据所述电信号得到激光晶体14和/或可饱和吸收体15的透射率，以及检测该透射率的设定值对应的时刻，并确定该时刻为激光器的脉冲发射准备时刻。
28.其中，根据发明人的试验测定，该透射率在激光器的脉冲发射过程中，达到最大值的时刻，即为最接近激光器的脉冲发射时刻。因此，上述的设定值可以是最大值，也就是说，脉冲发射准备时刻即为最接近激光器脉冲的发射时刻，为便于测量，上述的设定值还可以是小于最大值的一个具体值或值的范围，这时该设定值对应的脉冲发射准备时刻，也就是在激光器的脉冲发射时刻之前，透射率逐渐变大的过程中的某个时刻，该时刻与上述的脉冲的发射时刻具有一个时间差。在实际的应用中，由于该透射率变大之后还会变小，因此，需要筛选前一时刻达到设定值的时刻为脉冲发射准备时刻。
29.在测量之前，预先测量该激光器从准备发射脉冲，一直到脉冲发射时刻的该透射率，从而得到透射率的最大值，以及在该最大值之前到达每个设定值的时刻，从而可以得到透射率在到达每个设定值时，与透射率达到最大值时的时间差，本技术的技术方案在根据其中一个设定值得到该设定值对应的脉冲发射准备时刻后，便可以结合预先测定的该设定值的时刻与最大值的时刻之间时间差，推算得出最接近激光器脉冲的发射时刻。
30.从而，透射率的设定值的选取就可以根据实际需求自定义。选取的原则是，必须大于探测器的背景噪声，在这个探测器的背景噪声和透射率极值的范围内选取一个值。选取的这个值根据实际需要的准备时间来确定。如果需要尽可能早预知激光脉冲发射，则尽可能选取靠近探测器背景噪声的光强值，例如两倍背景噪声值。也可以选取接近透射率的极值来作为预测值。
31.激光器产生激光是通过泵浦源1输出的泵浦光发射到激光晶体14上，通过激光晶体14产生激光。激光晶体14是增益介质的一种，增益介质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系。增益介质达到粒子数反转是产生激光的前提，因此，增益介质的粒子数状态，与其本身的透过率有一定关联。
32.可饱和吸收体15是激光谐振腔11内调q技术中使用的一种开关晶体材料。可饱和吸收体15对微光的吸收系数随入射光强增大而减小。当达到饱和值时，可饱和吸收体15对激光呈现透明。通常可以利用其这种饱和吸收特性对激光腔内的损耗(q值)进行调制，并发射脉冲。
33.可饱和吸收体15的透射率反映了可饱和吸收体15的透明程度，可饱和吸收体15对泵浦源1输出的泵浦光的吸收系数随入射光强增大而减小。本技术的申请人根据可饱和吸收体15的特性，确认可以通过监测可饱和吸收体15的透射率的变化，从而获取其与激光发
射时刻的联系，即当达到饱和值时对激光呈现透明，激光穿过可饱和吸收体15后通过输出镜输出。可饱和吸收体15的透射率达到最大值时，此时即为粒子数反转接近出光阈值，为激光脉冲快发射的出光时刻。优选的，可以选取可饱和吸收体的透射率的最大值所在时刻为激光脉冲快发射的出光时刻。
34.激光器中的泵浦源1输出的泵浦光进入到输入镜12和耦合输出镜13构成的激光谐振腔11，入射到激光晶体14，从激光晶体14射出后，透过可饱和吸收体15后射向耦合输出镜13，由耦合输出镜13输出脉冲激光。与此同时，设置于激光谐振腔11内的发光元件发射光，光接收元件接收激光晶体14和/或可饱和吸收体15的透射光并将其转化为电信号，计算单元获取该电信号，并根据可饱和吸收体15或者激光晶体14的特性进行计算和预测。
35.请参阅图2，在一个具体的实施例中，该装置的发光元件包括第一激光二极管21，光接收元件包括第一光电二极管31，第一激光二极管21和第一光电二极管31分别与计算单元连接。第一激光二极管21和第一光电二极管31对称设置于可饱和吸收体15两侧。第一激光二极管21用于向可饱和吸收体15发射第一检测激光，第一光电二极管31用于接收第一检测激光穿过所述可饱和吸收体15的第一透射光，并将第一透射光信号，转化为第一电信号。
36.计算单元用于控制第一激光二极管21发射激光，并且从第一光电二极管31获取第一电信号，根据第一电信号得到可饱和吸收体15的透射率，并检测可饱和吸收体15的预设的透射率的设定值对应的时刻，并确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
37.为了确定脉冲发射准备时刻，可以通过得到可饱和吸收体15的透射率来判断。因此，可以使用额外的光源进行检测。即通过在可饱和吸收体15的一侧设置第一激光二极管21，第一激光二极管21发射激光并透射到可饱和吸收体15上，第一光电二极管31接收该透射光。第一光电二极管31将接收到的透射光信号转化为第一电信号。计算单元根据第一电信号计算得到该饱和吸收体的透射率随时间的变化。可饱和吸收体15的透射率为最大值时，粒子数反转接近出光阈值，此时，为激光脉冲快发射的出光时刻。优选的，可以选取激光晶体的透射率最大值所在时刻为激光脉冲发射的准备时刻。
38.请参阅图3，在另一个具体的实施例中，该发光元件包括第二激光二极管22，光接收元件包括第二光电二极管32，第二激光二极管22和第二光电二极管32分别与计算单元连接。第二激光二极管22和第二光电二极管32对称设置于激光晶体14两侧。
39.第二激光二极管22用于向激光晶体14发射第二检测激光，第二光电二极管32用于接收第二检测激光穿过激光晶体14的第二透射光，并将第二透射光信号，转化为第二电信号。
40.计算单元用于控制第二激光二极管22，并从第二光电二极管32获取第二电信号，根据第二电信号得到激光晶体14的透射率，并检测激光晶体14预设的透射率的设定值对应的时刻，以及确定该时刻为激光器的脉冲发射准备时刻。
41.泵浦源1输出的泵浦光进入到输入镜12和耦合输出镜13构成的激光谐振腔11，入射到激光晶体14，从激光晶体14射出后，透过可饱和吸收体15后射向耦合输出镜13，由耦合输出镜13输出脉冲激光。与此同时，设置在激光晶体14一侧的第二激光二极管22发射激光，透射到激光晶体14上，设置在激光晶体14另一侧的第二光电二极管32接收透射光。
42.激光晶体14是增益介质的一种，激光晶体14达到粒子数反转是产生激光的前提条件。因此，本技术的申请人根据其特性，确认激光晶体的粒子数状态，与其透过率有一定关
联，因此可以通过其透射率进行监测。申请人通过实验得到激光晶体透射率最大时，此时即为粒子数反转接近出光阈值，为激光脉冲快发射的出光时刻。激光晶体14的透射率也可以使用额外的光源进行检测。即通过第二激光二极管22在激光晶体14的一侧发射激光，并将该激光透射到激光晶体14上，第二光电二极管32接收该透射光。第二光电二极管32将接收到的透射光信号转化为第二电信号。计算单元计算得到该激光晶体14的透射率随时间的变化。优选的，可以选取激光晶体14的透射率的最大值所在时刻为激光脉冲快发射的出光时刻。
43.针对背景技术中的技术问题，本发明实施例还提供一种预测激光器脉冲发射准备时刻的装置。请参阅图1，其为本技术中激光器的结构示意图，激光器包括泵浦源1、激光谐振腔11、激光晶体14和可饱和吸收体15，激光晶体14和可饱和吸收体15同轴设置于激光谐振腔11内，激光谐振腔11由输入镜12和耦合输出镜13组成。输入镜12和耦合输出镜13沿泵浦源1的输出光束方向依次设置，泵浦源1的输出光束穿过激光晶体13和可饱和吸收体14。具体的，激光晶体14和可饱和吸收体15的设置顺序不做限定。如图1所示，输入镜12、激光晶体14、可饱和吸收体15和耦合输出镜13沿泵浦源1的输出光束方向依次设置。在其他的实施例中，也可以使输入镜12、可饱和吸收体15、激光晶体14和耦合输出镜13沿泵浦源1的输出光束方向依次设置。
44.泵浦源1用于向激光谐振腔11中的激光晶体14发射泵浦光。
45.该装置包括第二光接收元件，设置于激光谐振腔11内，用于接收泵浦源1发射的泵浦光在激光晶体14的透射光，并将所述透射光信号转化为电信号。具体的，第二光接收元件可以是光电二极管或者是光电耦合器。由于激光晶体14侧面通光，因此，第二光接收元件不限于接收透射光的角度。优选的，第二光接收元件可以在垂直方向上接收泵浦光在激光晶体14的透射光，也可以在侧面45
°
角方向上接收泵浦光在激光晶体14的透射光。
46.还包括计算单元，与第二光接收元件连接，计算单元用于从第一光接收元件获取所述电信号，并根据所述电信号得到激光晶体14和/或可饱和吸收体15的透射率，以及检测所述预设的透射率对应的时刻，并确定该时刻为激光器的脉冲发射准备时刻。
47.其中，根据发明人的试验测定，该透射率在激光器的脉冲发射过程中，达到最小值的时刻，即为最接近激光器的脉冲发射时刻。因此，上述的设定值可以是最小值，也就是说，脉冲发射准备时刻即为最接近激光器脉冲的发射时刻，为便于测量，上述的设定值还可以是大于最小值的一个具体值或值的范围，这时该设定值对应的脉冲发射准备时刻，也就是在激光器的脉冲发射时刻之前，透射率逐渐变大的过程中的某个时刻，该时刻与上述的脉冲的发射时刻具有一个时间差。在实际的应用中，由于该透射率变小之后还会变大，因此，需要筛选前一时刻达到设定值的时刻为脉冲发射准备时刻。
48.在测量之前，预先测量该激光器从准备发射脉冲，一直到脉冲发射时刻的该透射率，从而得到透射率的最小值，以及在该最小值之前到达每个设定值的时刻，从而可以得到透射率在到达每个设定值时，与透射率达到最小值时的时间差，本技术的技术方案在根据其中一个设定值得到该设定值对应的脉冲发射准备时刻后，便可以结合预先测定的该设定值的时刻与最小值的时刻之间时间差，推算得出最接近激光器脉冲的发射时刻。
49.泵浦光照射到激光晶体14上，使其产生粒子数反转状态的照射光。泵浦光照射到激光晶体14后，大部分会被激光晶体14吸收，剩余没有被吸收的会穿透透过激光晶体14。因
此申请人认为监测剩余的泵浦光，能了解激光晶体对泵浦光的吸收情况，能侧面反映出增益介质粒子数反转的状态。并且通过实验确认泵浦光在激光晶体处的透射率的设定值对应的时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。优选的，可以选取激光晶体的透射率最小值所在时刻为激光脉冲发射的准备时刻。
50.请参阅图4，在一个具体的实施例中，该装置的第二光接收单元包括第三光电二极管33，第三光电二极管33与计算单元连接，第三光电二极管33设置于所述激光晶体14一侧面。
51.第三光电二极管33用于接收泵浦源1发射的泵浦光在激光晶体14的第三透射光，并将第三透射光信号转化为第三电信号。
52.计算单元用于从第三所述光电二极管获取所述第三电信号，根据第三电信号得到激光晶体14的透射率，并检测激光晶体14预设的透射率的设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
53.泵浦源1输出的泵浦光通过泵浦光耦合装置后，进入到输入镜12和耦合输出镜13构成的激光谐振腔11，入射到激光晶体14，从激光晶体14射出后，透过可饱和吸收体15后射向耦合输出镜13，由耦合输出镜13输出脉冲激光。与此同时，设置在激光晶体14另一侧的第三光电二极管33接收泵浦光在激光晶体14的透射光。
54.设置在激光晶体14一侧的第三光电二极管33接收泵浦光在激光晶体14的透射光，即剩余的泵浦光。第三光电二极管33将接收到的透射光转化为第三电信号，计算得到该激光晶体14的透射率随时间的变化。泵浦光在激光晶体14的透射率接近设定值的时，粒子数反转接近设定值，为激光脉冲快发射的出光时刻。
55.具体的，该计算单元的存储器为可以通过任何方法或技术来实现信息存储的产品，包括但不限于：相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其它类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其它内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其它光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其它磁性存储设备或任何其他可用于存储可以被处理器访问的信息的非传输介质。
56.该计算单元的处理器为能够执行计算功能的处理器，包括但不限于：fpga、mcu、mpu、dpu、cpu、asic等中的一种或任意多种的组合；也可以是包括上述处理器中一种或任意多种的终端设备。
57.如图5所示，本技术实施例还提供了一种预测激光器脉冲发射准备时刻的方法，该方法可由上述任一实施例中的计算单元执行，激光器包括激光谐振腔、激光晶体和可饱和吸收体，所述激光晶体和所述可饱和吸收体同轴设置于所述激光谐振腔内，所述激光谐振腔由输入镜和耦合输出镜组成，所述输入镜和所述耦合输出镜沿输出光束方向依次设置，所述输出光束穿过所述激光晶体和所述可饱和吸收体，该装置包括计算单元，具体包括如下步骤：s51：在所述激光谐振腔内设置发光元件和第一光接收元件。
58.s52：控制所述发光元件向所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体发射光。
59.s53：从所述第一光接收元件获取电信号，其中，所述电信号通过所述第一光接收元件接收所述发光元件发射的，穿过所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体的透射光，并将
接收到的所述透射光信号转化得到。
60.s54：根据所述电信号，得到所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体的透射率。
61.s55：检测预设的所述透射率的设定值对应的时刻，确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
62.本方法通过设置在激光谐振腔内的发光元件和光接收元件，检测得到激光晶体或者可饱和吸收体的透射光，并将该透射光信号转化为电信号。计算单元获得该电信号，并根据激光晶体或者可饱和吸收体的透射率与粒子数反转的关系，确定粒子数反转的出光阈值对应的透射率以及时刻，从而确定激光器的脉冲发射准备时刻。
63.在一个具体的例子中，发光元件包括第一激光二极管，第一激光二极管与计算单元连接，第一光接收元件包括第一光电二极管，第一光电二极管与计算单元连接；第一激光二极管和第一光电二极管对称设置于可饱和吸收体两侧，该方法包括以下步骤：控制所述第一激光二极管向所述可饱和吸收体发射第一检测激光；从所述第一光接收元件获取电信号，其中，所述电信号通过所述第一光接收元件接收所述发光元件发射的，穿过所述激光晶体和/或所述可饱和吸收体的透射光，并将接收到的所述透射光信号转化得到；根据所述第一电信号，得到所述可饱和吸收体的透射率；检测预设的所述可饱和吸收体的透射率设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
64.通过在可饱和吸收体的一侧设置第一激光二极管，第一激光二极管发射激光并透射到可饱和吸收体上，第一光电二极管接收该透射光。第一光电二极管将接收到的透射光信号转化为第一电信号。计算单元根据第一电信号计算得到该饱和吸收体的透射率随时间的变化。可饱和吸收体的透射率的设定值即为透射率最大的时刻。此时，粒子数反转接近出光阈值，为激光器的脉冲发射准备时刻。
65.在一个具体的实施例中，发光元件包括第二激光二极管，第二激光二极管与计算单元连接，第一光接收元件包括第二光电二极管，第二光电二极管与计算单元连接；第二激光二极管和第二光电二极管对称设置于激光晶体两侧，该方法包括以下步骤：控制所述第二激光二极管向所述激光晶体发射第二检测激光；从所述第二光电二极管获取第二电信号，所述第二电信号通过所述第二光电二极管接收所述第二激光二极管发射的，穿过所述激光晶体的第二透射光，并将接受到的所述第二透射光信号转化得到；根据所述第二电信号，得到所述激光晶体的透射率；检测预设的所述激光晶体的透射率的设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
66.通过第二激光二极管在激光晶体的一侧发射激光，并将该激光透射到激光晶体上，第二光电二极管接收该透射光。第二光电二极管将接收到的透射光信号转化为第二电信号。计算单元计算得到该激光晶体的透射率随时间的变化。激光晶体的透射率的设定值即为透射率接近设定值的时刻。此时，粒子数反转接近出光阈值，为激光器的脉冲发射准备时刻。
67.本技术还提供一种预测激光器脉冲发射准备时刻的方法激光器包括泵浦源、激光
谐振腔、激光晶体和可饱和吸收体，所述激光晶体和所述可饱和吸收体同轴设置于所述激光谐振腔内，所述激光谐振腔由输入镜和耦合输出镜组成，所述输入镜和所述耦合输出镜沿所述泵浦源的输出光束方向依次设置，所述泵浦源的输出光束穿过所述激光晶体和所述可饱和吸收体，预测激光器脉冲发射准备时刻的装置包括计算单元，该方法包括以下步骤：在所述激光谐振腔内设置第二光接收元件。
68.从所述第二光接收元件获取电信号，所述电信号通过所述第二光接收元件接收所述泵浦源发射的泵浦光穿过所述激光晶体的透射光，并将该透射光信号转化得到。
69.根据所述电信号，得到所述激光晶体的透射率。
70.检测预设的所述激光晶体的透射率的设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
71.通过设置在激光晶体一侧的第二光接收元件接收泵浦光在激光晶体的透射光，即剩余的泵浦光。第二光接收元件将接收到的透射光转化为第三电信号，计算得到该激光晶体的透射率随时间的变化。泵浦光在激光晶体的透射率接近设定值的时候，此时粒子数反转接近设定值，为激光脉冲快发射的出光时刻。
72.在一个具体的实施例中，第二光接收元件包括第三光电二极管，第三光电二极管设置于激光晶体一侧面，并与计算单元连接，该方法包括以下步骤：从所述第二光接收元件获取第三电信号，所述第三电信号通过所述第三光电二极管接收所述泵浦源发射的泵浦光在所述激光晶体的第三透射光，并将所述第三透射光信号转化得到；根据所述第三电信号，得到所述激光晶体的透射率；检测预设的所述激光晶体的透射率的设定值对应的时刻，以及确定该时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
73.通过设置在激光晶体一侧的第三光电二极管接收泵浦光在激光晶体的透射光，即剩余的泵浦光。第三光电二极管将接收到的透射光转化为第三电信号，计算得到该激光晶体的透射率随时间的变化。泵浦光在激光晶体的透射率接近设定值的时候，此时粒子数反转接近设定值，为激光脉冲快发射的出光时刻。
74.请参阅图6，其为上述方法对应的装置应用于激光器的理论模拟结果的示意图。波长为1645nm的被动调q激光器，激光腔长570mm，假设腔内损耗是8%，输出镜反射率是90%，使用的可饱和吸收体为co2 :mgal2o4,厚度是1.5mm，激光增益介质为er：yag，晶体长度是50mm。根据速率方程进行数值求解计算可饱和吸收体粒子数反转曲线，得到图6所示曲线。
75.其中，左边纵坐标为光子数密度，右边的纵坐标为可饱和吸收体的透射率，横坐标为时间轴，曲线1为激光脉冲曲线，曲线2为可饱和吸收体的粒子数反转曲线。可饱和吸收体的透射率达到98%的时刻大约是6.5μs，此时激光脉冲光子数密度略大于零，激光脉冲即将发射，从模拟中看出激光脉冲约在8μs时刻发射。所以监测可饱和吸收体的透射率可以提前约2μs预测激光脉冲发射准备时刻。
76.本发明实施例提供的一种激光器脉冲发射准备时刻的装置和方法，通过在激光腔内设置发光元件、第一光接收元件和第二光接收元件，并分别通过第一光接收元件和第二光接收原件得到透射率和粒子数反转的关系，从而在激光产生过程中确定粒子数反转接近最大时的透射率所在时刻，预测激光脉冲快发射的出光时刻，该时刻记录为准备时刻。
77.具体的是通过监测可饱和吸收体的透过率，可饱和吸收体对泵浦源输出的泵浦光的吸收系数随入射光强增大而减小，本技术的申请人根据可饱和吸收体的特性，确认可以通过监测可饱和吸收体的透射率的变化，从而获取其与激光发射时刻的联系，即当达到饱和值时对激光呈现透明，激光穿过可饱和吸收体后通过输出镜输出。申请人通过实验得到可饱和吸收体透射率的设定值时，此时即为粒子数反转接近出光阈值，为激光脉冲快发射的出光时刻。
78.还可以通过监测激光晶体的透射率，激光晶体是增益介质的一种，激光晶体达到粒子数反转是产生激光的前提条件。因此，本技术的申请人根据其特性，确认激光晶体的粒子数状态，与其透过率有一定关联，因此可以通过其透射率进行监测。申请人通过实验得到激光晶体透射率的设定值时，此时即为粒子数反转接近出光阈值，为激光脉冲快发射的出光时刻。
79.泵浦光照射到激光晶体上，使其产生粒子数反转状态的照射光。泵浦光照射到激光晶体后，大部分会被激光晶体吸收，剩余没有被吸收的会穿透透过激光晶体。因此申请人认为监测剩余的泵浦光，能了解激光晶体对泵浦光的吸收情况，能侧面反映出增益介质粒子数反转的状态。并且通过实验确认泵浦光在激光晶体处的透射率的设定值对应的时刻为所述激光器的脉冲发射准备时刻。
80.相对比激光发射之后检测，或者通过激光电源控制器的设计来监测激光器的激光脉冲发射，能够避免因为在激光发射后进行检测产生的延迟以及因为激光电源控制器的传输导致的延迟和误差。通过在激光腔内部设置检测装置，在产生激光的过程中检测激光发射的准备时刻，从而准确知道激光器脉冲的发射时刻，是主动测量信号，得到的激光器零点信号准确且超前，特别适合需要预知激光器出光的场合，误差更小，更精确。
81.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。