CN101609956B - 可调谐激光器的闭环反馈智能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种可调谐激光器的闭环反馈智能控制系统，属于光电子、激光、光学频率变换和光电子与光通信控制应用领域。该系统包括抽运源、可调谐激光器、数据采集系统、通信部分、执行机构和主机。抽运源发出的激光抽运可调谐激光器，可调谐激光器发出的激光经分光镜一部分被光栅单色仪接收，数据采集系统通过光栅单色仪采集分光镜的输出激光参数，并经通讯部分传送给主机，主机将采集的激光参数与在主机内预先设置的激光参数进行比较，根据二者之间的差值形成控制信号来控制机械转台的旋角，进而调节非线性晶体的角度，形成闭环控制。本发明能够实现对激光器的输出波长的自动定标、自动的完成功率检测和调节、波长和功率监测等多种功能。

Description

可调谐激光器的闭环反馈智能控制系统
技术领域
本发明是一种可调谐激光器的闭环反馈智能控制系统，属于光电子、激光、光学频率变换和光电子与光通信控制应用领域。
背景技术
一直以来，通过光学参量激光器中加入可调谐的光学元件后，产生可调谐激光输出，得到应用领域所需要的激光频率，已经成为国内外多年来研究的热点之一，以及不同波段，如紫外、可见到近中红外、以及THz波段的连续可调谐激光的广泛应用，特别是在激光医学和生物学，激光化学和同位素分离，大气环境监测，微加工技术到物质系统的微观结构分析的需求，使得研究者们采用不同的技术研发可调谐激光器，使得可调谐激光器输出的波段越来越宽。目前，在可调谐激光器件中，高功率高光束质量的连续或脉冲激光器作为泵浦光源和适合于不同波段的优质的非线性光学晶体的问世，可调谐光学参量激光器的研究不再成为难题。但是，到目前为止，在可调谐激光器中的调谐部件，有的是采用手动来调整放置非线性晶体的机械装置，或控制谐振腔中的色散元件；有的是通过微机智能控制放置非线性晶体的机械装置，或控制可调谐激光器的色散元件，以达到所需要的激光连续输出。近年来也出现不少对于使用计算机/单片机控制机械执行机构，用以调谐激光器的输出光波长的报道和实验。但是大多只能局限于专用/专有设备，作用某一种晶体的专用角度调谐控制系统。而且其功能上大都不够完善，不能完成诸如自动定标、输出波长检测等复杂操作。而这些在实际操作中，不管是手动或智能控制都不能直接测量可调谐激光器输出的激光，必须通过检测设备将输出激光的能量和波长检测出来。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有的调谐控制系统的不能完成输出波长自动定标、输出波长检测复杂的缺陷，提出了一种可调谐激光器的闭环反馈智能控制系统，该系统采用闭环反馈控制，自动控制可调谐激光器输出的激光参数。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本系统包括抽运源1、可调谐激光器2、分光镜3、光栅单色仪4、数据采集系统5、通信部分6、执行机构7、非线性晶体10、用于放置非线性晶体10的机械转台、以及主机8。其中：由抽运源1发出的激光抽运可调谐激光器2，由可调谐激光器2输出的激光经分光镜3后一部分输出应用，另一部分被光栅单色仪4接收，经后续的电路来形成闭环控制，具体为：光栅单色仪4的输出端与数据采集系统5相连，接收输出激光的参数，以精确反馈给通信系统5，数据采集系统5通过通讯部分6与主机8相连，通讯部分6通过执行机构7与放置非线性晶体10的机械转台相连.数据采集系统5通过光栅单色仪4采集分光镜3的输出激光参数，并经通讯部分6传送给主机8，主机8将采集的激光参数与在主机8内预先设置的激光参数进行比较，根据二者之间的差值形成控制信号，该控制信号通过通讯部分6和执行机构7控制机械转台旋转，进而控制非线性晶体10的角度，调节激光的输出参数与主机内预先设置的激光参数一致，形成闭环控制。
所述的数据采集系统包括依次连接的光电探头12、放大器13、增益控制器14、噪声消除15、可控积分器16和模数转换器17，光电探头12接收光栅单色仪4的输出激光，模数转换器17与通讯部分6相连。
所述的执行机构包括第一电机控制器20和第二电机控制器21，分别与机械转台相连接，控制机械转台的角度。
本发明以计算机为主机完成对整个光路系统激光输出参数的闭环控制，能够实现对激光器的输出波长的自动定标、自动的完成功率检测和调节、波长和功率监测报警等多种功能。
闭环反馈智能控制系统，能够满足人机对话，对可调谐激光器输出的波长进行控制，并同时通过数据采集检测设备将检测的输出波长反馈给通信机构，再进一步精确控制输出的激光。该闭路反馈智能控制系统只适用于非线性晶体的角度调谐激光系统，可以按照需要，方便地在主机上输入不同非线性晶体的调谐角度数据进行控制，也就是整合机械转台控制器、单色仪、功率计等设备，以计算机为主机对其统一控制，实现可调谐激光器的输出波长的自动定标、智能的波长输出、自动功率检测和调节、波长和功率监测等多种功能于一身的软、硬件系统。
附图说明
图1可调谐激光器闭环反馈控制系统原理图的俯视图
图2可调谐激光器闭环反馈控制系统中的数据采集系统结构框图
图3可调谐激光器的闭环反馈控制系统中的通信系统结构框图
图中：1.抽运源；2.可调谐激光器；3.分光镜；4.光栅单色仪；5.数据采集系统；6.通信部分；7.执行机构；8.主机；9.激光器系统的光路；10.非线性晶体；11.底板；12.光电探头；13.放大器；14.增益控制器；15.噪声消除；16.可控积分器；17.模数转换器；19.数据传输和命令控制线；20.第一电机控制器；21.第二电机控制器；22.数据传输线；23.命令传输线。
具体实施方式
下面结合图1～图3对本发明作进一步说明：
本实施为可调谐激光器的闭环反馈控制系统，对于不管是连续可调谐激光器、超短脉冲可调谐激光器均可以采用本闭环反馈控制系统。本系统以计算机为主机，对可调谐激光器的调谐部件智能控制，实现激光器的输出波长的自动定标、智能的波长输出、自动功率检测和调节、波长和功率监测报警等多种功能于一身。
本实施例的结构框图如图1，包括抽运源1、可调谐激光器2、分光镜3、光栅单色仪4、数据采集系统5、通信部分6、执行机构7、非线性晶体10、用于放置非线性晶体10的机械转台、以及主机8。放置抽运源1，由抽运源1输出的激光再抽运可调谐光参量激光器2，由可调谐激光器2输出的激光经过分光镜3，一部分光输出为光路9，另一部分直接由单色仪4接收，再，通过数据采集系统5接收后并将采集的数据反馈给由单片机构成的通信部分6，通信部分6将采集的激光参数传送给主机8，主机8将采集的激光参数与预先在主机内设置的目标参数值进行比较，根据比较值产生控制命令，该控制命令经过通讯部分6、由机械部分组成的执行机构7，控制放置在底板11上的机械转台上的非线性晶体10产生角度调谐，获得可调谐激光输出。
本实施例中数据采集系统5的结构如图2所示，包括依次连接的光电探头12、放大器13、增益控制器14、噪声消除15、可控积分器16和模数转换器17，光电探头12接收光栅单色仪4的输出激光，模数转换器17与通讯部分6相连。激光束9被光电探头12接收，将转换为电信号，进一步经放大器13放大，并且得到增益控制器14的控制，经噪声消除15、可控积分器16、模数转换器17，此时的模数转换器17通过通信部分的微控器(51系列单片机)6与主机8相连接，并对采集的数据进行处理和获得控制命令，实现闭路反馈控制系统的数据采集部分。
本实施例的通信部分6的结构如图3所示，通讯部分由一片单片机来实现，单片机分别通过数据采集线22和控制指令线23与主机8，数据采集系统5、光栅单色仪4、第一电机控制器20a和第二电机控制器20b也分别与机械转台上的驱动器相连，控制机械转台旋转，实现闭路反馈控制系统的通信部分。
本实施例采用全固态激光器(半导体激光器LD抽运Yb:YAG或调Q Nd:YAG激光器)抽运非线性光学晶体，实现闭环反馈智能控制系统，对可调谐激光器输出的激光进行输出控制，同时又根据检测的输出激光反馈信息，进一步控制所需激光输出的精度。本实施例是整合机械转台控制器、单色仪、功率计等设备，以计算机为主机对其统一控制，实现激光器的输出波长的自动定标、智能的波长输出、自动功率检测和调节、波长和功率监测多种功能于一身的软、硬件系统。解决现有只局限于专用或专有设备作用于某一种晶体的专用角度调谐控制系统，同时也解决了现有系统不能完成输出波长自动定标、输出波长检测等复杂操作的闭环反馈控制的困难，实现可调谐激光器输出的激光参数的闭路反馈智能控制。

Claims (3)

1.可调谐激光器的闭环反馈智能控制系统，其特征在于：包括抽运源(1)、可调谐激光器(2)、分光镜(3)、光栅单色仪(4)、数据采集系统(5)、通信部分(6)、执行机构(7)、非线性晶体(10)、用于放置非线性晶体(10)的机械转台、以及主机(8)；其中：由抽运源(1)发出的激光抽运可调谐激光器(2)，由可调谐激光器(2)输出的激光经分光镜(3)后一部分输出应用，另一部分被光栅单色仪(4)接收，经后续的电路来形成闭环控制，具体为：光栅单色仪(4)的输出端与数据采集系统(5)相连，数据采集系统(5)接收激光输出的波长；数据采集系统(5)通过通讯部分(6)与主机(8)相连，通讯部分(6)通过执行机构(7)与放置非线性晶体(10)的机械转台相连；数据采集系统(5)通过光栅单色仪(4)采集分光镜(3)的输出激光参数，并经通讯部分(6)传送给主机(8)，主机(8)将采集的激光参数与在主机(8)内预先设置的激光参数进行比较，根据二者之间的差值形成控制信号，该控制信号通过通讯部分(6)和执行机构(7)控制机械转台旋转，进而控制非线性晶体的角度，调节可调谐激光器(2)输出的激光参数与主机内预先设置的激光参数一致，形成闭环控制。
2.根据权利要求1所述的可调谐激光器的闭环反馈智能控制系统，其特征在于：所述的数据采集系统包括依次连接的光电探头(12)、放大器(13)、增益控制器(14)、噪声消除(15)、可控积分器(16)和模数转换器(17)，光电探头(12)接收光栅单色仪(4)的输出激光，模数转换器(17)与通讯部分(6)相连。
3.根据权利要求1所述的可调谐激光器的闭环反馈智能控制系统，其特征在于：所述的通讯部分为一片单片机。
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