CN110261071B - 激光参数监测与矫正系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光参数监测与矫正系统和方法，该系统包括：激光器系统、分束镜组件、检测矫正组件、信号处理电路和上位机；激光依次通过第一分束镜、第二分束镜、功率矫正单元和第三分束镜，再由第一电动镜架和第二电动镜架反射到第四分束镜；第一分束镜反射光被光电二极管接收，第二分束镜反射的光入射至光束质量分析仪，第三分束镜反射的光入射至功率计，第四分束镜透射的光入射至光束指向探测器单元，第四分束镜反射的光经衍射元件到达激光加工数控机床；上位机控制激光器系统的重复频率、功率矫正单元的实时功率及调整光束指向。通过本发明的技术方案，实现了对激光参数的实时监测与矫正，自动化程度高、操作简单，结构紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及激光参数测量技术领域，尤其涉及一种激光参数监测与矫正系统和一种激光参数监测与矫正方法。
背景技术
梅曼在1960年制造了第一台激光器到今天，短短数十载，激光技术得到了迅猛的发展，其应用范围几乎涵盖了国民经济的所有领域，例如：军事、医疗、光通信等。其应用程度已经成为衡量一个国家工业技术先进性的重要标志之一。
随着激光工业的迅猛发展，激光加工己经广泛应用于各行业，高精度激光加工设备与测量设备发展迅速并被广泛应用。在高精度激光加工设备与测量设备中，激光器的性能的优劣对加工精度和加工效果起着至关重要的作用。其中光束指向性、功率/能量、重复频率以及M2等参数的优劣引起了广泛关注。
目前市场上相关的设备主要是激光光束参数测量装置。此外，现有专利中也主要关于激光光束的各种参数进行测量的装置或者方法，目前还没有关于激光光束参数实时监测与矫正装置。
发明内容
针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种激光参数监测与矫正系统和方法，采用光电二极管(4)、第一和第二处理电路(2)、(5)以及上位机(23)，实现了对激光器重复频率的实时监测与矫正；采用光束质量分析仪(7)、第三处理电路(8)、上位机(23)，实现了对M2实时测量；采用功率矫正单元(9)、功率计(12)、第四和第五处理电路(10)、(13)以及上位机(23)，实时了对激光功率值的实时监测和矫正；采用第一电动镜架(15)、第二电动镜架(14)、光束指向探测器单元(20)、第六(16)、第七(21)、第八处理电路(22)和上位机(23)，实现了对光斑指向信号的实时监测与矫正。该系统自动化程度高、操作简单、使用方便，结构紧凑，适用于工业激光器生产线在线测量、高精度的要求，使激光并行制造及激光微纳加工等系统的加工精度和效果有明显的改善。
为实现上述目的，本发明提供了一种激光参数监测与矫正系统，包括：激光器系统(1)、分束镜组件、检测矫正组件、信号处理电路和上位机(23)；所述分束镜组件包括第一分束镜(3)、第二分束镜(6)、第三分束镜(11)和第四分束镜(17)，所述检测矫正组件包括光电二极管(4)、光束质量分析仪(7)、功率矫正单元(9)、功率计(12)、第一电动镜架(15)、第二电动镜架(14)、衍射元件(18)和光束指向探测器单元(20)，所述信号处理电路包括第一处理电路(2)、第二处理电路(5)、第三处理电路(8)、第四处理电路(10)、第五处理电路(13)、第六处理电路(16)、第七处理电路(21)和第八处理电路(22)；所述激光器系统(1)产生的激光依次通过所述第一分束镜(3)、所述第二分束镜(6)、所述功率矫正单元(9)和所述第三分束镜(11)，再依次由所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)反射到所述第四分束镜(17)；所述第一分束镜(3)反射的光被所述光电二极管(4)接收，所述第二分束镜(6)反射的光入射至所述光束质量分析仪(7)中，所述第三分束镜(11)反射的光入射至所述功率计(12)中，所述第四分束镜(17)透射的光入射至所述光束指向探测器单元(20)中，所述第四分束镜(17)反射的光经过所述衍射元件(18)到达激光加工数控机床(19)；所述第二处理电路(5)获取并处理所述光电二极管(4)的测量信号，并将处理结果发送至所述上位机(23)，所述第三处理电路(8)对所述光束质量分析仪(7)的测量值处理后发送至所述上位机(23)，所述第五处理电路(13)将所述功率计(12)的测量值处理后发送至所述上位机(23)，所述第七处理电路(21)将所述光束指向探测器单元(20)的测量信号处理后发送至所述上位机(23)；所述上位机(23)通过所述第一处理电路(2)控制所述激光器系统(1)的重复频率，通过所述第四处理电路(10)控制所述功率矫正单元(9)的实时功率，通过所述第六处理电路(16)控制所述第一电动镜架(15)、通过所述第八处理电路(22)控制所述第二电动镜架(14)动作以调整光束指向。
在上述技术方案中，优选地，所述激光器系统(1)为带有普克尔盒或脉冲选择器的皮秒或飞秒超快激光器，或带有电光或声光调制器的纳秒调Q脉冲激光器，或脉冲式泵浦的皮秒或纳秒被动调Q激光器。
在上述技术方案中，优选地，所述分束镜组件均为石英或K9玻璃材质的平面镜片，并在平面镜片表面镀制不同波长的分光膜；所述光电二极管(4)为InGaAs快速光电管，用于采集光脉冲的波形；所述光束质量分析仪(7)由两个固定在电动导轨上的反射镜、CCD图像传感器以及相应的控制器组成，用于采集并计算M2的值；所述功率矫正单元(9)由二分之一波片(24)、偏振立方体(25)以及带有步进电机或伺服电机或压电陶瓷马达的电动镜架及其控制器组成；所述功率计(12)用于采集并计算光束的功率值；所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)为由步进电机和压电陶瓷电机共同驱动的二维电动镜架，所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)共同动作以矫正光束指向；所述光束指向探测器单元(20)用于检测光束的光束指向。
在上述技术方案中，优选地，所述第二处理电路(5)为光电采集和处理电路，用于将所述光电二极管(4)采集的光脉冲波形经过电容展宽和模数转换，并经过单片机处理后发送至所述上位机(23)，以实时监测功率值；所述第三处理电路(8)用于将所述光束质量分析仪(7)测得的M2值处理后发送至所述上位机(23)，以实时监测M2值；所述第五处理电路(13)用于将所述功率计(12)采集并计算的功率值处理后发送至所述上位机(23)，以实时监测功率值；所述第七处理电路(21)用于为光电采集和处理电路，用于将所述光束指向探测器单元(20)测量的光束指向信号处理后发送至所述上位机(23)，以实时监测光束指向变化。
在上述技术方案中，优选地，所述第一处理电路(2)用于接收并处理所述上位机(23)发出的频率矫正信号，并将处理后的信号发送至所述激光器系统(1)，以矫正所述激光器系统(1)的重复频率；所述第四处理电路(10)用于接收并处理所述上位机(23)发送的功率矫正信号，并将处理后的信号发送至所述功率矫正单元(9)，以矫正功率值；所述第六处理电路(16)和所述第八处理电路(22)用于接收并处理所述上位机(23)发出的光束指向矫正信号，并将所述光束指向矫正信号分别发送至所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)，从而控制所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)动作以矫正光束指向。
在上述技术方案中，优选地，所述光束指向探测器单元(20)由聚焦透镜、位置敏感探测器、角度探测器以及相应的控制器组成，所述位置敏感探测器的有效探测面积为9mm×9mm，所述角度探测器的有效探测面积为4mm×4mm，两个探测器可承受的激光功率值范围均为0-10mw。
在上述技术方案中，优选地，所述二分之一波片(24)在所述步进电机或伺服电机或压电陶瓷马达的带动下旋转的角度范围为0-360度。
在上述技术方案中，优选地，所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)中，所述步进电机的调节范围为±8°，所述压电陶瓷电机的调节范围是1.5mrad。
本发明还提出一种激光参数监测与矫正方法，包括：利用光电二极管(4)采集激光器系统(1)产生的激光经过第一分束镜(3)时反射光束的光脉冲波形，利用第二处理电路(5)处理并计算所述光脉冲波形的频率信息；判断所述光电二极管(4)采集反射光束的测量值是否处于预设误差范围内，若是，则显示计算得到的频率信息，若否，则通过第一处理电路(2)向所述激光器系统(1)发送频率矫正信号，保持所述激光器系统(1)的重复频率处于预设误差范围内；利用功率计(12)检测第三分束镜(11)反射光束的功率值，判断该功率值是否处于预设误差范围内，若是，则显示该功率值，若否，则通过第四处理电路(10)向功率矫正单元(9)发送功率矫正信号，保持经过所述功率矫正单元(9)的光束功率值处于预设误差范围内；利用光束指向探测器单元(20)检测光束指向，若该光束指向处于预设误差范围内，则显示该光束指向，若该光束指向未处于预设误差范围内，则通过第六处理电路(16)和第八处理电路(22)控制第一电动镜架(15)和第二电动镜架(14)动作，以将光束保持在预设误差范围内。
在上述技术方案中，优选地，利用光束质量分析仪(7)检测第二分束镜(6)反射光束的M2值，并通过第三处理电路(8)发送至所述上位机(23)显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用光电二极管(4)、第一和第二处理电路(2)、(5)以及上位机(23)，实现了对激光器重复频率的实时监测与矫正；采用光束质量分析仪(7)、第三处理电路(8)、上位机(23)，实现了对M2实时测量；采用功率矫正单元(9)、功率计(12)、第四和第五处理电路(10)、(13)以及上位机(23)，实时了对激光功率值的实时监测和矫正；采用第一电动镜架(15)、第二电动镜架(14)、光束指向探测器单元(20)、第六(16)、第七(21)、第八处理电路(22)和上位机(23)，实现了对光斑指向信号的实时监测与矫正。该系统自动化程度高、操作简单、使用方便，结构紧凑，适用于工业激光器生产线在线测量、高精度的要求，使激光并行制造及激光微纳加工等系统的加工精度和效果具有了明显的改善。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的激光参数监测与矫正系统的结构示意图；
图2为本发明一种实施例公开的激光参数监测与矫正系统的光路图。
图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：
1.激光器系统，2.第一处理电路，3.第一分束镜，4.光电二极管，5.第二处理电路，6.第二分束镜，7.光束质量分析仪，8.第三处理电路，9.功率矫正单元，10.第四处理电路，11.第三分束镜，12.功率计，13.第五处理电路，14.第二电动镜架，15.第一电动镜架，16.第六处理电路，17.第四分束镜，18.衍射元件，19.激光加工数控机床，20.光束指向探测器单元，21.第七处理电路，22.第八处理电路，23.上位机，24.二分之一波片，25.偏振立方体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1和图2所示，根据本发明提供的一种激光参数监测与矫正系统，包括：激光器系统1、分束镜组件、检测矫正组件、信号处理电路和上位机23；分束镜组件包括第一分束镜3、第二分束镜6、第三分束镜11和第四分束镜17，检测矫正组件包括光电二极管4、光束质量分析仪7、功率矫正单元9、功率计12、第一电动镜架15、第二电动镜架14、衍射元件18和光束指向探测器单元20，信号处理电路包括第一处理电路2、第二处理电路5、第三处理电路8、第四处理电路10、第五处理电路13、第六处理电路16、第七处理电路21和第八处理电路22；激光器系统1产生的激光依次通过第一分束镜3、第二分束镜6、功率矫正单元9和第三分束镜11，再依次由第一电动镜架15和第二电动镜架14反射到第四分束镜17，第四分束镜17反射的光经过衍射元件18到达激光加工数控机床19；一小部分被第一分束镜3反射的光被光电二极管4接收，第二分束镜6反射的光入射至光束质量分析仪7中，第三分束镜11反射的光入射至功率计12中，第四分束镜17透射的光入射至光束指向探测器单元20中；第二处理电路5获取并处理光电二极管4的测量信号，并将处理结果发送至上位机23显示，第三处理电路8对光束质量分析仪7的测量值处理后发送至上位机23显示，第五处理电路13将功率计12的测量值处理后发送至上位机23显示，第七处理电路21将光束指向探测器单元20的测量信号处理后发送至上位机23显示；上位机23通过第一处理电路2控制激光器系统1的电光或声光驱动源，以将频率调整至设定误差范围内；上位机23通过第四处理电路10控制功率矫正单元9工作，使功率矫正单元9中的二分之一波片24旋转至相应的角度，进而使实时功率值与设定值保持在设定误差范围内；上位机23通过第六处理电路16控制第一电动镜架15、通过第八处理电路22控制第二电动镜架14动作，以调整光束指向使光斑实时位置与光斑物理零点保持在设定误差范围内。
在上述实施例中，优选地，激光器系统1为带有普克尔盒或脉冲选择器的皮秒或飞秒超快激光器，或带有电光或声光调制器的纳秒调Q脉冲激光器，或脉冲式泵浦的皮秒或纳秒被动调Q激光器。
在上述实施例中，优选地，分束镜组件均为石英或K9玻璃材质的平面镜片，并在平面镜片表面镀制对1064nm或532nm或355nm激光波长的分光膜；光电二极管4优选为InGaAs快速光电管，用于采集光脉冲的波形；光束质量分析仪7优选由两个固定在电动导轨上的反射镜、CCD图像传感器以及相应的控制器组成，用于采集并计算M2的值；功率矫正单元9由二分之一波片24、偏振立方体25以及带有步进电机或伺服电机或压电陶瓷马达的电动镜架及其控制器组成；功率计12用于采集并计算光束的功率值；第一电动镜架15和第二电动镜架14为由步进电机和压电陶瓷电机共同驱动的二维电动镜架，第一电动镜架15和第二电动镜架14共同动作以矫正光束指向；光束指向探测器单元20用于检测光束的光束指向。
在上述实施例中，优选地，第二处理电路5为光电采集和处理电路，用于将光电二极管4采集的光脉冲波形经过电容展宽和模数转换，并触发单片机工作，经单片机处理后将得到的频率信息发送至上位机23显示，以实时监测功率值的变化情况；第三处理电路8用于将光束质量分析仪7测得的M2值处理后发送至上位机23显示，以实时监测M2值；第五处理电路13用于将功率计12采集并计算的功率值处理后发送至上位机23显示，以实时监测功率值；第七处理电路21用于为光电采集和处理电路，用于将光束指向探测器单元20中位置敏感探测器和角度探测器测量到的光束指向信号经过处理后，发送给上位机23显示，进而实时监测光束指向的变化。
在上述实施例中，优选地，第一处理电路2用于接收并处理上位机23发出的频率矫正信号，并将处理后的信号发送至激光器系统1，控制激光器的电光或声光驱动源工作，使频率值保持在设定误差范围内，实现了实时矫正频率值的稳定度。频率矫正误差的计算公式为：ε＝f1-f2，其中：ε表示矫正误差，f1表示频率测量值，f2表示频率设定值。
第四处理电路10用于接收并处理上位机23发送的功率矫正信号，并将处理后的信号发送至功率矫正单元9，控制功率矫正单元9工作，使功率值始终保持在设定误差范围内，实现了实时矫正功率值的稳定度。功率矫正误差的计算公式为：α＝(P1-P2)÷P2。其中α表示矫正误差，P1表示功率的测量值，P2表示功率的设定值。
第六处理电路16和第八处理电路22用于接收并处理上位机23发出的光束指向矫正信号，并将光束指向矫正信号分别发送至第一电动镜架15和第二电动镜架14，从而控制第一电动镜架15和第二电动镜架14动作，使光束指向始终保持在设定误差范围内，实现了实时矫正激光光束指向稳定度。光束指向稳定度的矫正误差可有角度探测器直接给出。
在上述实施例中，优选地，光束指向探测器单元20由聚焦透镜(f＝175mm)、位置敏感探测器、角度探测器以及相应的控制器组成，位置敏感探测器的有效探测面积为9mm×9mm，角度探测器的有效探测面积为4mm×4mm，位置敏感探测器和角度探测器可承受的激光功率值范围均为0-10mw。
在上述实施例中，优选地，二分之一波片24在步进电机或伺服电机或压电陶瓷马达的带动下旋转的角度范围为0-360度。
在上述实施例中，优选地，第一电动镜架15和第二电动镜架14中，步进电机的调节范围为±8°，压电陶瓷电机的调节范围是1.5mrad。
在上述实施例中，上位机23为工控计算机，为该系统的控制和显示中心。
本发明还提出一种激光参数监测与矫正方法，包括：利用光电二极管4采集激光器系统1产生的激光经过第一分束镜3时反射光束的光脉冲波形，利用第二处理电路5处理并计算光脉冲波形的频率信息；判断光电二极管4采集反射光束的测量值是否处于预设误差范围内，若是，则显示计算得到的频率信息，若否，则通过第一处理电路2向激光器系统1发送频率矫正信号，保持激光器系统1的重复频率处于预设误差范围内；利用功率计12检测第三分束镜11反射光束的功率值，判断该功率值是否处于预设误差范围内，若是，则显示该功率值，若否，则通过第四处理电路10向功率矫正单元9发送功率矫正信号，保持经过功率矫正单元9的光束功率值处于预设误差范围内；利用光束指向探测器单元20检测光束的光束指向，若该光束指向处于预设误差范围内，则显示该光束指向，若该光束指向未处于预设误差范围内，则通过第六处理电路16和第八处理电路22控制第一电动镜架15和第二电动镜架14动作，以将光束指向保持在预设误差范围内。
以下以具体实施过程对上述实施例提出的激光参数监测与矫正系统和方法进行具体说明。
具体地，以该系统监测与矫正波长为1064nm、重频为100kHz脉宽为10ps、功率为100w的皮秒激光器系统1、分束比为1000：1，表面镀制对1064nm激光波长的分光膜的第一分束镜3、第二分束镜6、第三分束镜11，分束比为1：20000，其表面镀制对1064nm激光波长的分光膜的第四分束镜17、功率矫正单元9的电动镜架由微步进电机驱动为例，对该系统的工作过程进行详细说明。系统的光路及控制系统图如图1所示，光路图如图2所示。
由激光器系统1产生的激光入射到第一分束镜3上，第一分束镜3反射的100mw的激光被光电二极管4接收，第二处理电路5对光电二极管4采集的光脉冲波形经过电容展宽后，通过模数转换器(ADC)，最后触发单片机工作，经过单片机处理后，将处理得到的频率信息发送给上位机23。若测量值在设定误差范围(0-1kHz)内，则在上位机23直接显示；若不在设定误差范围内，则上位机23通过第一处理电路2控制激光器的电光或声光驱动源将频率调整到设定误差范围(0-1kHz)内，然后发送给上位机23显示，该过程将一直重复，从而实现对重复频率的实时监测与矫正。
第二分束镜6反射的99.9mw光入射到光束质量分析仪7中，经过第三处理电路8处理后，将测量到的M2值发送给上位机23显示，其测量误差将在激光器设计与搭建、光束质量分析仪7的选型过程中实现。
第三分束镜11反射的99.8mw光入射到功率计12中，经过第五处理电路13处理后，将测量到的功率值发送给上位机23，若测量值在设定误差范围(98.802mw-100.798mw)内，则在上位机23直接显示；若不在设定误差范围(98.802mw-100.798mw)内，则上位机23通过第四处理电路10控制功率矫正单元9工作，即在电动镜架的微步进电机的驱动下，二分之一波片24发生旋转到相应的角度，使功率实时值与设定值保持在设定误差范围内。微步进电机移动的步数与激光功率的关系是：steps＝cos-1(√ratio)×43.333×2。其中，steps表示微步进电机移动的步数，ratio表示激光功率比，其变化范围是(0-1)，43.333为每度微步进电机移动的步数，2表示默认的系统分辨率参数。该过程将一直重复，从而实现对功率值的实时监测与矫正。
第四分束镜17透射的4.985mw光入射到光束指向探测器单元20中，经过第七处理电路21后，将其探测到的光斑指向信息发送给上位机23，若测量值在设定误差范围(0-1μrad)内，则在上位机23直接显示；若不在设定误差范围(0-1μrad)内，则上位机23通过第六处理电路16和第八处理电路22分别控制第一电动镜架15、第二电动镜架14工作，其工作原理是基于步进电机的输出交联矩阵和压电陶瓷的输出交联矩阵。如果抖动是小范围的话，则只有压电驱动器工作，而马达不工作；如果抖动范围较大，超出了压电驱动器的量程，则先由马达工作，然后压电驱动器再进行工作；最终使光斑实时位置与光斑物理零点保持在设定误差范围(0-1μrad)内，该过程将一直重复，从而实现对光束指向稳定度的实时监测与矫正。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种激光参数监测与矫正系统，其特征在于，包括：激光器系统(1)、分束镜组件、检测矫正组件、信号处理电路和上位机(23)；
所述分束镜组件包括第一分束镜(3)、第二分束镜(6)、第三分束镜(11)和第四分束镜(17)，所述分束镜组件均为石英或K9玻璃材质的平面镜片，并在平面镜片表面镀制不同波长的分光膜；所述检测矫正组件包括光电二极管(4)、光束质量分析仪(7)、功率矫正单元(9)、功率计(12)、第一电动镜架(15)、第二电动镜架(14)、衍射元件(18)和光束指向探测器单元(20)，所述光电二极管(4)为InGaAs快速光电管，用于采集光脉冲的波形，所述光束质量分析仪(7)由两个固定在电动导轨上的反射镜、CCD图像传感器以及相应的控制器组成，用于采集并计算M2的值，所述功率矫正单元(9)由二分之一波片(24)、偏振立方体(25)以及带有步进电机或伺服电机或压电陶瓷马达的电动镜架及其控制器组成，所述功率计(12)用于采集并计算光束的功率值，所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)为由步进电机和压电陶瓷电机共同驱动的二维电动镜架，所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)共同动作以矫正光束指向，所述光束指向探测器单元(20)用于检测光束的光束指向；
所述信号处理电路包括第一处理电路(2)、第二处理电路(5)、第三处理电路(8)、第四处理电路(10)、第五处理电路(13)、第六处理电路(16)、第七处理电路(21)和第八处理电路(22)；
所述激光器系统(1)产生的激光依次通过所述第一分束镜(3)、所述第二分束镜(6)、所述功率矫正单元(9)和所述第三分束镜(11)，再依次由所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)反射到所述第四分束镜(17)；
所述第一分束镜(3)反射的光被所述光电二极管(4)接收，所述第二分束镜(6)反射的光入射至所述光束质量分析仪(7)中，所述第三分束镜(11)反射的光入射至所述功率计(12)中，所述第四分束镜(17)透射的光入射至所述光束指向探测器单元(20)中，所述第四分束镜(17)反射的光经过所述衍射元件(18)到达激光加工数控机床(19)；
所述第二处理电路(5)为光电采集和处理电路，用于将所述光电二极管(4)采集的光脉冲波形经过电容展宽和模数转换，并经过单片机处理后发送至所述上位机(23)，以实时监测功率值；所述第三处理电路(8)用于将所述光束质量分析仪(7)测得的M2值处理后发送至所述上位机(23)，以实时监测M2值；所述第五处理电路(13)用于将所述功率计(12)采集并计算的功率值处理后发送至所述上位机(23)，以实时监测功率值；所述第七处理电路(21)用于为光电采集和处理电路，用于将所述光束指向探测器单元(20)测量的光束指向信号处理后发送至所述上位机(23)，以实时监测光束指向变化
所述第二处理电路(5)获取并处理所述光电二极管(4)的测量信号，并将处理结果发送至所述上位机(23)，所述第三处理电路(8)对所述光束质量分析仪(7)的测量值处理后发送至所述上位机(23)，所述第五处理电路(13)将所述功率计(12)的测量值处理后发送至所述上位机(23)，所述第七处理电路(21)将所述光束指向探测器单元(20)的测量信号处理后发送至所述上位机(23)；
所述第一处理电路(2)用于接收并处理所述上位机(23)发出的频率矫正信号，并将处理后的信号发送至所述激光器系统(1)，以矫正所述激光器系统(1)的重复频率；所述第四处理电路(10)用于接收并处理所述上位机(23)发送的功率矫正信号，并将处理后的信号发送至所述功率矫正单元(9)，以矫正功率值；所述第六处理电路(16)和所述第八处理电路(22)用于接收并处理所述上位机(23)发出的光束指向矫正信号，并将所述光束指向矫正信号分别发送至所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)，从而控制所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)动作以矫正光束指向；
所述上位机(23)通过所述第一处理电路(2)控制所述激光器系统(1)的重复频率，通过所述第四处理电路(10)控制所述功率矫正单元(9)的实时功率，通过所述第六处理电路(16)控制所述第一电动镜架(15)、通过所述第八处理电路(22)控制所述第二电动镜架(14)动作以调整光束指向。
2.根据权利要求1所述的激光参数监测与矫正系统，其特征在于，所述激光器系统(1)为带有普克尔盒或脉冲选择器的皮秒或飞秒超快激光器，或带有电光或声光调制器的纳秒调Q脉冲激光器，或脉冲式泵浦的皮秒或纳秒被动调Q激光器。
3.根据权利要求1或2所述的激光参数监测与矫正系统，其特征在于，所述光束指向探测器单元(20)由聚焦透镜、位置敏感探测器、角度探测器以及相应的控制器组成，所述位置敏感探测器的有效探测面积为9mm×9mm，所述角度探测器的有效探测面积为4mm×4mm，两个探测器可承受的激光功率值范围均为0-10mw。
4.根据权利要求1所述的激光参数监测与矫正系统，其特征在于，所述功率矫正单元(9)中，所述二分之一波片(24)在所述步进电机或伺服电机或压电陶瓷马达的带动下旋转的角度范围为0-360度。
5.根据权利要求1所述的激光参数监测与矫正系统，其特征在于，所述第一电动镜架(15)和所述第二电动镜架(14)中，所述步进电机的调节范围为±8°，所述压电陶瓷电机的调节范围是1.5mrad。
6.一种激光参数监测与矫正方法，应用于如权利要求1至5中任一项所述的激光参数监测与矫正系统，其特征在于，包括：
利用光电二极管(4)采集激光器系统(1)产生的激光经过第一分束镜(3)时反射光束的光脉冲波形，利用第二处理电路(5)处理并计算所述光脉冲波形的频率信息；
判断所述光电二极管(4)采集反射光束的测量值是否处于预设误差范围内，若是，则显示计算得到的频率信息，若否，则通过第一处理电路(2)向所述激光器系统(1)发送频率矫正信号，保持所述激光器系统(1)的重复频率处于预设误差范围内；
利用功率计(12)检测第三分束镜(11)反射光束的功率值，判断该功率值是否处于预设误差范围内，若是，则显示该功率值，若否，则通过第四处理电路(10)向功率矫正单元(9)发送功率矫正信号，保持经过所述功率矫正单元(9)的光束功率值处于预设误差范围内；
利用光束指向探测器单元(20)检测光束指向，若该光束指向处于预设误差范围内，则显示该光束指向，若该光束指向未处于预设误差范围内，则通过第六处理电路(16)和第八处理电路(22)控制第一电动镜架(15)和第二电动镜架(14)动作，以将光束保持在预设误差范围内。
7.根据权利要求6所述的激光参数监测与矫正方法，其特征在于，利用光束质量分析仪(7)检测第二分束镜(6)反射光束的M2值，并通过第三处理电路(8)发送至所述上位机(23)显示。
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Citations (1)
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