CN111048981A - 一种脉冲激光放大的预补偿控制方法及系统 - Google Patents

一种脉冲激光放大的预补偿控制方法及系统 Download PDF

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潘华东
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Abstract

本发明公开了一种脉冲激光放大的预补偿控制方法及系统，该方法包括：包括，获取种子脉冲激光，并获得种子脉冲激光的输入时间波形和/或输入近场分布；将种子脉冲激光注入激光放大器，得到输出脉冲激光，并得到输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布；判断输出时间波形和/或输出近场分布是否满足预设的目标时间波形和/或目标近场分布；如果不满足，对输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布进行修正，将修正后的脉冲激光替代种子脉冲激光，直到输出脉冲激光满足目标脉冲激光。因此，采用该预补偿控制方法，实现了对脉冲激光的时间波形和近场分布的修正，可以用简便的计算方法实现复杂而未知的激光系统的预补偿。

Description

一种脉冲激光放大的预补偿控制方法及系统
技术领域
本发明涉及激光预补偿技术领域，具体涉及一种脉冲激光放大的预补偿控制方法及系统。
背景技术
在当今科研和工业领域，尤其是惯性约束核聚变领域，通常会对最终输出的脉冲激光时间波形，光束近场质量有着非常严格的要求。因此有必要获得注入的时间波形和光束近场分布，以保证最终输出满足要求。
然而在脉冲激光放大过程中，由于其脉冲宽度通常大于横向弛豫时间，又小于纵向弛豫时间，其脉冲前沿通常会被增益介质首先放大，提取储能，其反转粒子数也会得到相应的变化，从而影响到脉冲后沿的增益，因此会产生时间波形畸变。同样的，由于增益介质中增益分布不均匀，光学器件装夹应力、光学器件波前畸变等因素的影响，输出激光脉冲的光束近场分布也会恶化。现有的预补偿技术，需要明确地知道该放大器饱和通量，注入脉冲能量以及系统增益等参量，而且计算方法过程复杂，计算效率低，应用场景单一，并不适用于复杂而未知的激光系统的预补偿。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种脉冲激光放大的预补偿控制方法及系统，以解决现有技术对脉冲激光的预补偿过程复杂，计算效率低的技术问题。
本发明实施例提供了一种脉冲激光放大的预补偿控制方法，包括，步骤S1：获取种子脉冲激光，并获得种子脉冲激光的输入时间波形和/或输入近场分布；步骤S2：将种子脉冲激光注入激光放大器，得到输出脉冲激光，并得到所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布；步骤S3：判断所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或所述输出近场分布是否满足预设的目标时间波形和/或目标近场分布；步骤S4：如果所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布不满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布，根据所述预设的目标时间波形和目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布进行修正，得到修正后的时间波形和/或近场分布，并获得修正后的脉冲激光，将所述修正后的脉冲激光替代所述种子脉冲激光，返回执行所述步骤S1至步骤S3，直至所述输出脉冲激光的时间波形和/或近场分布对应满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布。
可选地，如果所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布，则将当前的种子脉冲激光确定为最终的输入脉冲激光。
可选地，在所述步骤S1之后和所述步骤S2之前，还包括：分别对所述输入时间波形和/或所述输入近场分布进行归一化处理，得到归一化后的时间波形和/或近场分布。
可选地，根据所述预设的目标时间波形对所述输出脉冲激光的输出时间波形进行修正，包括：
通过以下公式计算修正后的时间波形：
F0＝F0×(F-U+1)，
其中，F0表示输入脉冲激光的输入时间波形，F表示目标时间波形，U表示输出脉冲激光的输出时间波形。
可选地，根据所述预设的目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出近场分布进行修正，包括：
通过以下公式计算修正后的近场分布：
I0＝I0×(I-Iout+1)，
其中，I0表示输入脉冲激光的输入近场分布，I表示目标近场分布，Iout表示输出脉冲激光的输出近场分布。
本发明实施例还提供了一种脉冲激光放大的预补偿控制系统，包括：种子脉冲生成器，用于生成种子脉冲激光，并获得种子脉冲激光的输入时间波形和/或输入近场分布；激光放大器，用于对输入的种子脉冲激光进行放大，得到输出脉冲激光，并得到所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布；探测装置，用于判断所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或所述输出近场分布是否满足预设的目标时间波形和/或目标近场分布；PC机，用于根据所述预设的目标时间波形和目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布进行修正，得到修正结果；控制器，用于接收所述修正结果，并根据所述修正结果发送修正指令给脉冲激光调制器；脉冲激光调制器，用于根据所述修正指令对所述输入的种子脉冲激光的脉冲时间波形和/或近场分布进行修正操作。
可选地，所述脉冲激光调制器包括：振幅调制器，用于对所述输入时间波形进行修正操作；和/或空间光调制器，用于对所述输入近场分布进行修正操作。
可选地，所述探测装置包括：时间波形探测装置，用于对所述输入时间波形进行探测，并输出时间波形探测结果；和/或空间分布探测装置，用于对所述输入近场分布进行探测，并输出近场分布探测结果。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的脉冲激光放大的预补偿控制方法，通过种子脉冲激光的经过脉冲激光放大系统后，得到输出脉冲激光的输出时间波形和/或近场分布，然后对输出时间波形和/或近场分布进行检测，根据检测结果判断输出时间波形和/或近场分布是否满足预设的目标时间波形和近场分布，不满足的情况下就对种子脉冲激光进行修正，用修正后的种子脉冲激光替代种子脉冲激光，然后重新进行检测与修正，并且无需获取注入脉冲能量、放大器饱和通量及系统增益等参数，用简便的计算方法实现复杂而未知的激光系统的预补偿。
2.本发明提供的脉冲激光放大的预补偿控制系统，种子脉冲生成器生成种子脉冲激光，并通过激光放大器后得到待检测时间波形和/或近场分布，脉冲激光检测器对待检测时间波形和/或近场分布进行检测，得到相应的检测结果，在PC机中将检测结果和对应的预设目标时间波形和目标近场分布进行对比，控制器根据对比结果控制系统将当前脉冲激光确定为输出脉冲激光或将当前脉冲激光输入脉冲激光调制器中进行修正，将修正后的脉冲激光确定为种子脉冲激光。因此，采用该脉冲激光的预补偿控制系统，设计成本低，补偿系统稳定，更有利于对复杂而未知的激光系统的进行预补偿。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的脉冲激光放大的预补偿控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中另一实施方式提供的脉冲激光放大的预补偿控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的脉冲激光的预补偿控制系统的结构框图；
图4为本发明实施例中另一实施方式提供的脉冲激光放大的预补偿控制系统的结构框图；
图5为本发明实施例中另一实施方式提供的脉冲激光放大的预补偿控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在科研和工业领域中，尤其是惯性约束核聚变领域，通常会对最终输出的激光脉冲时间波形，光束近场质量有着非常严格的要求。然而目前的计算方法存在计算效率低，过程复杂，并且不适用于复杂而未知的激光系统。
因此，本发明实施例提供一种脉冲激光放大的预补偿控制方法，如图1所示，该脉冲激光放大的预补偿控制方法具体包括：
步骤S101：获取种子脉冲激光，并获得种子脉冲激光的输入时间波形和/或输入近场分布。
本发明实施例中，可以采用脉冲激光生成器，生成种子脉冲激光，为了对输入激光放大系统的脉冲激光的时间波形和/或近场分布进行预补偿，将生成的种子脉冲输入系统中，并获取种子脉冲激光的输入时间波形和/或输入近场分布。近场是指一个光学链里光束从激光器出口传输到某截面菲涅耳数远大于1的位置，激光束近场光强分布对激光束远场光束质量因子近场非均匀性因子以及强度非平整度因子等参数均有较大影响，因此需要对激光束近场光强分布进行科学合理的测试。需要说明的是，本发明实施例中，对种子脉冲激光进行预补偿操作时，可以根据实际需要，选择对时间波形或进场分布中的一个，或者同时对两者进行预补偿操作。
本发明实施例在实际应用中，在对脉冲激光放大的过程中，脉冲激光的时间波形与近场分布将会产生一定变化，改变了输出脉冲激光，进而不能满足系统需求，因此，在复杂而未知的激光系统中，可以通过已知目标输出脉冲激光的基础上，通过对经过放大系统的输入脉冲激光进行修正，进而得到修正后的输入脉冲激光，然后保证得到需要的输出脉冲激光。
步骤S102：将种子脉冲激光注入激光放大器，得到输出脉冲激光，并得到所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布。
本发明实施例中，将种子脉冲激光注入激光放大器后，经过脉冲激光放大器放大后，得到输出脉冲激光，并得到输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布，最终想要得到实际需要的输出脉冲激光时，需要对输入脉冲激光进行修正，通过一次一次的对比与修正，得到输出脉冲激光最终满足目标脉冲激光的输入脉冲激光。此放大器是增加信号幅度或功率的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。需要说明的是，对输入脉冲激光进行放大的装置可以是放大器也可以是放大电路，本发明并不以此为限。
步骤S103：判断所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或所述输出近场分布是否满足预设的目标时间波形和/或目标近场分布。
本发明实施例中，输入脉冲激光经过放大后，得到输出脉冲激光的输出输出时间波形和/或所述输出近场分布，进而判断输出脉冲激光的输出时间波形和/或所述输出近场分布是否满足预设的目标时间波形和/或目标近场分布。需要说明的是，在实际应用中，可以根据实际需求选择要检测的是时间波形或近场分布中的一个或者两个，本发明并不以此为限。
步骤S104：如果所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布不满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布，根据所述预设的目标时间波形和目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布进行修正，得到修正后的时间波形和/或近场分布，并获得修正后的脉冲激光，将所述修正后的脉冲激光替代所述种子脉冲激光，返回执行所述步骤S101至步骤S103，直至所述输出脉冲激光的时间波形和/或近场分布对应满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布。
本发明实施例中，在PC机端预先存入需要的目标时间按波形和目标近场分布，经过输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布与目标时间波形和/或目标近场分布的对应比较，如果输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布不满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布，根据所述预设的目标时间波形和目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布进行修正，得到修正后的时间波形和/或近场分布，并获得修正后的脉冲激光，得到修正后的脉冲激光后，将所述修正后的脉冲激光替代所述种子脉冲激光，返回执行所述步骤S101至步骤S103，直至所述输出脉冲激光的时间波形和/或近场分布对应满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布。需要说明的是，本发明实施例中的预设目标时间波形和目标近场分布是根据实际需要或系统需求进行设置的，本发明并不以此为限。
本发明实施例中，对于时间波形的修正，可以通过公式(1)计算修正后的时间波形：
F0＝F0×(F-U+1) (1)
其中，F0表示输入时间波形，F表示目标时间波形，U表示输出时间波形。对于近场分布的修正，可以通过公式(2)计算修正后的近场分布：
I0＝I0×(I-Iout+1) (2)
其中，I0表示输入近场分布，I表示目标近场分布，Iout表示输出近场分布。
步骤S105：如果所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布，则将当前的种子脉冲激光确定为最终的输入脉冲激光。
本发明实施例中，在输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布的情况下，那么就将当前的种子脉冲激光确定为最终的输入脉冲激光，则当种子脉冲激光作为输入脉冲激光经过放大器后得到的输出脉冲激光是需要的脉冲激光。
本发明提供的脉冲激光放大的预补偿控制方法，通过种子脉冲激光的经过脉冲激光放大系统后，得到输出脉冲激光的输出时间波形和/或近场分布，然后对输出时间波形和/或近场分布进行检测，根据检测结果判断输出时间波形和/或近场分布是否满足预设的目标时间波形和近场分布，不满足的情况下就对种子脉冲激光进行修正，用修正后的种子脉冲激光替代种子脉冲激光，然后重新进行检测与修正，并且无需获取注入脉冲能量、放大器饱和通量及系统增益等参数，用简便的计算方法实现复杂而未知的激光系统的预补偿。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，为了简化计算，保证预处理的数据被限定在一定的范围内，可以对输入脉冲激光进行归一化操作，因此，本发明实施例中，如图2所示，在所述步骤S101之后和所述步骤S102之前，还包括：步骤S12：分别对所述输入时间波形和/或所述输入近场分布进行归一化处理，得到归一化后的时间波形和/或近场分布。
本发明实施例中，将输入时间波形和/或输入近场分布进行归一化处理，归一化是一种无量纲处理手段，是为了使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，简化计算，缩小量值的有效办法。滤波器中各个频率值以截止频率作归一化后，频率都是截止频率的相对值，没有了量纲，进而保证了预处理的数据被限定在一定的范围内，使得数据能够相互计算，从而消除奇异样本数据导致的不良影响，对输入脉冲激光进行归一化，得到归一化后的脉冲激光，进而获取归一化的脉冲激光的时间波形和/或近场分布。
本发明实施例还提供脉冲激光放大的预补偿控制系统，如图3所示，该脉冲激光放大的预补偿控制系统包括：种子脉冲生成器1，用于生成种子脉冲激光，并获得种子脉冲激光的输入时间波形和/或输入近场分布；激光放大器2，用于对输入的种子脉冲激光进行放大，得到输出脉冲激光，并得到所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布；探测装置3，用于判断所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或所述输出近场分布是否满足预设的目标时间波形和/或目标近场分布；PC机4，用于根据所述预设的目标时间波形和目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布进行修正，得到修正结果；控制器5，用于接收所述修正结果，并根据所述修正结果发送修正指令给脉冲激光调制器6；脉冲激光调制器6，用于根据所述修正指令对所述输入的种子脉冲激光的脉冲时间波形和/或近场分布进行修正操作。
本发明实施例提供的脉冲激光放大的预补偿控制系统，种子脉冲生成器生成种子脉冲激光，并通过激光放大器后得到待检测时间波形和/或近场分布，脉冲激光检测器对待检测时间波形和/或近场分布进行检测，得到相应的检测结果，在PC机中将检测结果和对应的预设目标时间波形和目标近场分布进行对比，控制器根据对比结果控制系统将当前脉冲激光确定为输出脉冲激光或将当前脉冲激光输入脉冲激光调制器中进行修正，将修正后的脉冲激光确定为种子脉冲激光。因此，采用该脉冲激光的预补偿控制系统，设计成本低，补偿系统稳定，更有利于对复杂而未知的激光系统的进行预补偿。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图4所示，脉冲激光调制器6包括：振幅调制器601，用于对所述输入时间波形进行修正操作；和/或空间光调制器602，用于对所述输入近场分布进行修正操作。需要说明的是，根据实际系统修正为依据，选择振幅调制器601和空间光调制器602中的一个或者两个，本发明并不以此为限。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图5所示，所述探测装置3包括：时间波形探测装置301，用于对所述输入时间波形进行探测，并输出时间波形探测结果；和/或空间分布探测装置302，用于对所述输入近场分布进行探测，并输出近场分布探测结果。具体地，时间波形探测装置301可以由光电二极管PD进行时间波形的检测；近场分布探测装置3可以选择半导体器件，比如CCD，CCD是指电荷耦合器件，是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。需要说明的是，时间波形探测装置301也可以选择其他器件，近场分布探测装置3也可以选择其他具有传输信号探测功能的器件，本发明并不以此为限。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种脉冲激光放大的预补偿控制方法，其特征在于，包括，
步骤S1：获取种子脉冲激光，并获得种子脉冲激光的输入时间波形和/或输入近场分布；
步骤S2：将种子脉冲激光注入激光放大器，得到输出脉冲激光，并得到所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布；
步骤S3：判断所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或所述输出近场分布是否满足预设的目标时间波形和/或目标近场分布；
步骤S4：如果所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布不满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布，根据所述预设的目标时间波形和目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布进行修正，得到修正后的时间波形和/或近场分布，并获得修正后的脉冲激光，将所述修正后的脉冲激光替代所述种子脉冲激光，返回执行所述步骤S1至步骤S3，直至所述输出脉冲激光的时间波形和/或近场分布对应满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光放大的预补偿控制方法，其特征在于，如果所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布满足所述预设的目标时间波形和目标近场分布，则将当前的种子脉冲激光确定为最终的输入脉冲激光。
3.根据权利要求1所述的脉冲激光放大的预补偿控制方法，其特征在于，在所述步骤S1之后和所述步骤S2之前，还包括：分别对所述输入时间波形和/或所述输入近场分布进行归一化处理，得到归一化后的时间波形和/或近场分布。
4.根据权利要求1所述的脉冲激光放大的预补偿控制方法，其特征在于，根据所述预设的目标时间波形对所述输出脉冲激光的输出时间波形进行修正，包括：
通过以下公式计算修正后的时间波形：
F0＝F0×(F-U+1)，
其中，F0表示输入脉冲激光的输入时间波形，F表示目标时间波形，U表示输出脉冲激光的输出时间波形。
5.根据权利要求1所述的脉冲激光放大的预补偿控制方法，其特征在于，根据所述预设的目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出近场分布进行修正，包括：
通过以下公式计算修正后的近场分布：
I0＝I0×(I-Iout+1)，
其中，I0表示输入脉冲激光的输入近场分布，I表示目标近场分布，Iout表示输出脉冲激光的输出近场分布。
6.一种脉冲激光放大的预补偿控制系统，其特征在于，包括：
种子脉冲生成器，用于生成种子脉冲激光，并获得种子脉冲激光的输入时间波形和/或输入近场分布；
激光放大器，用于对输入的种子脉冲激光进行放大，得到输出脉冲激光，并得到所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布；
探测装置，用于判断所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或所述输出近场分布是否满足预设的目标时间波形和/或目标近场分布；
PC机，用于根据所述预设的目标时间波形和目标近场分布对所述输出脉冲激光的输出时间波形和/或输出近场分布进行修正，得到修正结果；
控制器，用于接收所述修正结果，并根据所述修正结果发送修正指令给脉冲激光调制器；
脉冲激光调制器，用于根据所述修正指令对所述输入的种子脉冲激光的脉冲时间波形和/或近场分布进行修正操作。
7.根据权利要求6所述的脉冲激光放大的预补偿控制系统，其特征在于，所述脉冲激光调制器包括：
振幅调制器，用于对所述输入时间波形进行修正操作；和/或
空间光调制器，用于对所述输入近场分布进行修正操作。
8.根据权利要求6所述的脉冲激光放大的预补偿控制系统，其特征在于，所述探测装置包括：
时间波形探测装置，用于对所述输入时间波形进行探测，并输出时间波形探测结果；和/或
空间分布探测装置，用于对所述输入近场分布进行探测，并输出近场分布探测结果。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的脉冲激光放大的预补偿控制方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-5中任一项所述的脉冲激光放大的预补偿控制方法。
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