CN111900597A - 一种平面多光束激光参数调控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面多光束激光参数调控方法及系统，包括对系统进行初始化，得到输出光场的全息图并生成多束入射至光斑能量和位置传感组件上的激光束；光斑能量和位置传感组件采集焦点均位于所述光斑能量和位置传感组件所在平面的多束激光束的能量和位置信息，并进行反馈调制至与预设目标能量和位置信息匹配，激光系统控制光路进行切换，以使得多束激光束通过光路入射至目标区域。本发明通过闭环反馈控制，动态调整每束激光束的参数信息，实时监测输出光束的参数信息与质量，控制灵活，保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的设定目标，有效减小光学系统误差,以满足照射至目标区域内的每一束激光束均能实现任意、精准地调制，达到实际应用要求。

Description

一种平面多光束激光参数调控方法及系统

技术领域

本发明涉及激光多光束参数调控技术领域，尤其涉及一种平面多光束激光参数调控方法及系统。

背景技术

可定向传播的激光具有能量密度高，单色性好、高相干性、偏振特性等优点，广泛应用于光学、物理学、微电子学和激光通讯、激光加工、激光雷达、生物工程及医学等领域。随着研究的深入以及技术的进步，并行操作、多任务处理的需求不断增加，越来越多的科研人员研究多光束技术。

多光束控制技术通常是指同时控制多束激光束各种参数的技术，常见的可控参数包括光束的数量、指向、光强分布（模式）、光强及光功率等参数。多光束控制技术与其产生方法密切相关。产生方法不同，所对应的多光束控制手段也不尽相同，多光束产生方法主要有：多激光器法、多光束干涉法、光纤束法、衍射光学元件法、空间光调制器法等。

多激光器法虽然有着可以独立控制每一束光的光强、偏振方向、振幅、功率大小等参数的优点，但是由于可能所需激光束数目的要求，所占体积、成本、复杂程度往往不能满足现代精密加工的低成本、智能化、集成化的要求。

多光束干涉法利用两束或多束相干光进行组合，干涉形成明暗相间、具有梯度变化的干涉光场，存在衍射效率低，在实际应用过程中，绝大多数光都被浪费，而且受限于其干涉产生的本性，其对光束的独立控制能力不足，目前干涉法仍无法独立调节任一光束的参数。基于光纤束法、衍射光学元件法同样无法独立调节任一光束的参数。

现有技术中，通过算法计算生成全息图，加载到可编程空间光调制器上，可以灵活控制光束数量。如，公开号CN106735875B的中国专利于2019年1月18日公开的一种基于液晶空间光调制器的激光柔性微加工系统及方法，该专利公开了可以通过算法生成指定激光光束位置和数量的全息图，并将全息图加载到空间光调制器上，通过空间光调制器对光束数量、偏振态等进行调控。但是，该专利存在以下缺陷：（1）只能在生成全息图时对激光光束的数量和位置进行指定，不能对经调制后输出的光束的位置进行实时调控；（2）只能在生成全息图时对所有光束的位置进行统一指定，不能依据输出光束的实时状态对某个光束进行单独调控；（3）不能对多个输出光束的实际能量进行实时监测和反馈，不能对某个光束的实时能量进行单独调控；（4）被调控的所有光束具有相同的光束参数，如光强、振幅、偏振态、光束形状等。可见，现有的算法不能实现独立、准确调节任一光束的实时参数，也无法实现多光束并行处理中对任一光束的位置及能量的单独调控。

在实际使用过程中，光学系统不可避免地存在各种误差，如激光光源不理想、各种反射镜透镜导致的像差；而现有的多光束调控并不具有反馈机制，无法根据输出光束的实时状态与质量进行反馈和调控，导致各种误差累积放大，使得最终多光束参数结果与理想目标有不可避免的误差，无法满足要求。如公开号CN109079318B的中国专利于2020年4月24日公开的一种基于空间光调制器的硅光子晶体波导的飞秒激光制备系统及方法，该专利通过空间光调制器对光束进行调制，实现多光束并行加工，对于并行加工中的光束数量及分布情况，则是通过观察CCD相机拍摄的图像来进行检查。众所周知，CCD相机作为一种积分探测器件，是通过调制/解决来由所获得图像的灰度间接计算出每个像元对应的距离，进而获取目标三维图像，从CCD图像中无法观察到每一激光束的能量信息。该专利并未公开如何观察并判断多光束中每一激光束的有误情况发生，也未公开出现有误情况时，如何对有误的激光束进行调控而不影响其他无误的激光束，再者，仅通过该专利说明书公开的“在计算机内进行修改”也无法得到其对有误激光束进行了迭代调制，不能确定其进行了闭环反馈控制。本领域技术人员在该专利基础上，需要进一步研究，研究过程的难点在于，如何判断多光束中任一激光束的位置和能量的实际状态与目标状态是否匹配，以及在光束位置和能量的实际状态与目标状态不匹配时如何依据实时的激光束状态进行调控，进而得到与激光束的预设状态相匹配的激光束，从而保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的位置和能量的设定目标，有效减小光学系统误差。

可见，现有技术并未公开对多光束的实际位置和能量信息进行检测和判断，并根据实际检测结果进行输出激光束的迭代调制，以使多光束中每一激光束的实时状态均与目标状态相匹配的内容。而且，目前市面上大部分多光束并行加工不能同时调节多光束中任一光束的位置和能量，不能有效利用激光器输出的全部能量，激光加工效率低且灵活性低，限制了多光束并行加工的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种平面多光束激光参数调控方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

依据本发明的一个方面，提供了一种平面多光束激光参数调控方法,所述方法包括：

步骤11：系统初始化，得到输出光场的全息图，并根据所述全息图生成多束激光束，多束所述激光束入射至检测区域；

步骤12：检测入射至同一平面的所有激光束的能量和位置信息，并判断每束激光束的实时能量和位置信息与对应的该束激光束的预设能量和位置信息是否匹配；如果匹配，则该束激光束的实时状态与预设状态匹配，进入步骤14，否则进入步骤13；

步骤13：对不匹配的激光束的能量和位置信息进行调制，根据调制后的能量和位置信息生成新的全息图，并根据新的全息图生成新的激光束，新的激光束入射至检测区域，返回上述步骤12；

步骤14：根据实时状态与预设状态相匹配的所有激光束的能量和位置信息对应的全息图生成多束激光束，多束所述激光束入射至目标区域；

所述步骤12中，判断每束激光束的实时能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息是否匹配的步骤进一步包括：

任一激光束的实时能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息满足下列预设匹配条件，则该束激光束的实时状态与预设状态匹配，否则不匹配；

所述预设匹配条件为：

𝛥I _i =I _i -I _i—targ

𝛥P _xi =P _xi -P _xi—targ

𝛥P _yi =P _yi -P _yi—targ

𝛥I _i <I𝜀

𝛥P _xi <P𝜀 _x

𝛥P _yi <P𝜀 _y

其中，I _i 为第i束激光束的实际能量值，I _i—targ 为第i束激光束的目标能量值， P _xi 为第i束激光束的X 轴实际位置坐标，P _xi—targ 为第i束激光束的X轴目标位置坐标，P _yi 为第i束激光束的X 轴实际位置坐标，P _yi—targ 为第i束激光束的Y轴目标位置坐标，𝛥I _i 为第i束激光束的实际能量值与目标能量值之间的能量偏差值， 𝛥P _xi 为第i束激光束的实际位置坐标与目标位置坐标的X轴位置坐标偏差值，𝛥P _yi 为第i束激光束的实际位置坐标与目标位置坐标的Y轴位置坐标偏差值，I𝜀为预设能量偏差阈值，P𝜀 _x 为预设X轴位置坐标偏差阈值，P𝜀 _y 为预设Y轴位置坐标偏差阈值；

所述步骤13中，对不匹配的激光束的能量和位置信息进行调制的步骤进一步包括：

步骤131：根据能量偏差值和位置坐标偏差值进行修正，具体计算公式为：

G _Ii =M _i *𝛥I _i +I _i—targ

G _xi =N _i *𝛥P _xi +P _xi—targ

G _yi =N _i *𝛥P _yi +P _yi—targ

步骤132：根据修正后的能量值和位置坐标值确定更新后的像平面变换相位和像平面光场振幅;

步骤133：根据更新的像平面光场振幅和所述像平面变换相位进行傅里叶逆变换，得到调制后的像平面光场振幅和调制后的相位；

其中，所述M _i 为第i束激光束的能量权重系数，N _i 为第i束激光束的位置坐标权重系数, I _i—targ 为第i束激光束的目标能量值, P _xi—targ 为第i束激光束的X轴目标位置坐标, P _yi—targ 为第i束激光束的Y轴目标位置坐标，G _Ii 为第i束激光束修正后的能量值, G _xi 为第i束激光束修正后的X轴位置坐标值，G _yi 为第i束激光束修正后的Y轴位置坐标值， i的取值范围为[1，k]，k为激光束的总数。

上述技术方案中，通过检测初始化后输出的多束激光束的能量和位置信息，将检测到的实时能量和位置信息与预设能量和位置信息进行匹配，并对不匹配的单个激光束进行迭代调制，以实现任一激光束的实际状态均与预设状态相匹配，然后根据实时状态与预设状态相匹配的所有激光束的能量和位置信息计算新的全息图，并基于新的全息图输出多束激光束，从而能够保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的设定目标，有效减小光学系统误差。

上述技术方案中，通过对每束激光束实时状态的匹配和调制，实现对激光束的实时能量和位置信息的闭环反馈控制，动态调整每束激光束的能量和位置信息，实现对多激光束中任一光束的多个参数的单独、精准调控，有效利用激光束的全部输出能量，提高激光加工效率。

上述技术方案中，对激光束参数的控制灵活，能够保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的设定目标，有效减小光学系统误差,满足照射至目标区域内的每一束激光束均能实现任意、精准地调制，达到实际应用要求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

所述步骤11中，系统初始化的步骤进一步包括：

步骤111：将随机初始相位叠加至入射光场，并进行傅里叶变换，得到的频域所在面光场分布、频域所在面光场振幅和频域所在面相位；

步骤112：将预先设定的目标光场振幅替代所述频域所在面光场振幅，并按照所述初始激光相位进行傅里叶逆变换，得到更新的空域所在面光场分布、空域所在面光场振幅和空域所在面相位；

步骤113：根据所述更新的空域所在面光场分布、空域所在面光场振幅和空域所在面相位生成全息图，并根据所述全息图生成多束激光束。

上述进一步方案的有益效果是：通过随机初始激光相位进行傅里叶变换生成频域所在面光场分布和频域所在面光场振幅作为参照，并用目标光场振幅替代频域所在面光场振幅进行逆变换，得到空域所在面相位生成全息图,从而确定对应的全息图 ,便于系统内的光束参数调控组件根据所述全息图生成多束激光束。

作为进一步的技术方案，所述步骤12中，所述检测区域设有光斑能量和位置传感组件，通过所述光斑能量和位置传感组件采集焦点均位于光斑能量和位置传感组件所在平面的多束激光束的能量和位置信息，进一步包括：

步骤121：所述光斑能量和位置传感组件接收多束激光束，并根据每一束激光生成对应的轮廓；

步骤122：采集每个所述轮廓范围内所有光斑对应的实际能量值I _i 和实际位置坐标P _i 。

上述进一步方案的有益效果是：通过根据激光束生成对应的轮廓，可以方便对轮廓内的所有光斑的参数信息进行准确采集，保证所有激光束的参数信息均能采集到，并且能得到合适的数据信息。

依据本发明的另一方面，提供了一种平面多光束激光参数调控系统, 包括激光光源、光路偏转组件、光束参数调控组件、光斑能量和位置传感组件和控制终端，所述光束参数调控组件、光斑能量和位置传感组件分别与控制终端相连；

所述控制终端，用于初始化并生成输出光场的全息图，且将所述全息图加载至所述光束参数调控组件上；

所述光路偏转组件，用于将多束激光束入射至位于检测区域的光斑能量和位置传感组件上，或入射至位于目标区域的工作平面上；

所述光束参数调控组件，用于接收所述激光光源输出的激光束，根据所述全息图生成多束激光束；

所述光斑能量和位置传感组件用于接收所述激光束，采集焦点均位于所述光斑能量和位置传感组件所在平面的多束激光束的能量和位置信息；

所述控制终端，还用于判断每束激光束的所述能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息是否匹配，并在匹配时，控制所述光束参数调控组件根据所述能量和位置信息对应的全息图生成多束激光束；以及在不匹配时，根据每束激光束的所述能量和位置信息分别进行迭代调制处理，直至每束激光束的所述能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息匹配。

作为进一步的技术方案，所述光束参数调控组件采用可编程衍射光学器件。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明通过检测初始化后输出的多束激光束的能量和位置信息，将检测到的实时能量和位置信息与预设能量和位置信息进行匹配，并对不匹配的激光束进行单独的迭代调制直至该激光束的实时状态与预设状态相匹配，以实现任一激光束的实际状态均与预设状态相匹配，然后根据实时状态与预设状态相匹配的所有激光束的能量和位置信息计算新的全息图，并基于新的全息图输出多束激光束，通过对每束激光束的位置和能量信息的实时监控、反馈和调制，实现对每束激光束的实时位置及能量的动态调整，从而能够保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的设定目标，有效减小光学系统误差。

（2）本发明对每束激光束进行实时状态与预设状态的匹配判断，并在不满足设定的要求时进行迭代处理，实现输出至目标区域的每束激光束均符合预先设定的目标；通过对激光束的实时能量和位置信息的闭环反馈控制，动态调整每束激光束的能量和位置信息，实现对多激光束中任一光束的多个参数的单独、精准调控，有效利用激光束的全部输出能量，提高激光加工效率。

（3）本发明对激光束参数的控制灵活，能够保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的设定目标，有效减小光学系统误差,满足照射至目标区域内的每一束激光束均能实现任意、精准地调制，达到实际应用要求。

附图说明

图1为本发明的平面多光束激光参数调控方法的流程示意图。

图2为本发明一实施例的采集对应不同激光束能量和位置信息的示意图。

图3为本发明一实施例的采集对应相同激光束能量和位置信息的示意图。

图4为本发明一实施例的激光束的能量和位置信息反馈调制算法的原理示意图。

图5为本发明的平面多光束激光参数调控系统的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、激光光源，2、第一反射镜，3、玻片，4、偏振分光镜，5、第二反射镜，6、光束参数调控组件，7、第二透镜，8、第三反射镜，9、第三透镜，10、翻转镜，11、第一聚焦组件，12、光斑能量和位置传感组件，13、第二聚焦组件，14、工作平面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例中，所述激光系统包括激光光源、光路偏转组件、光束参数调控组件、光斑能量和位置传感组件和控制终端，所述光束参数调控组件、光斑能量和位置传感组件分别与控制终端相连；所述控制终端，用于初始化并生成输出光场的全息图，且将所述全息图加载至所述光束参数调控组件上；所述光路偏转组件，用于将多束激光束入射至位于检测区域的光斑能量和位置传感组件上，或入射至位于目标区域的工作平面上；所述光束参数调控组件，用于接收所述激光光源输出的激光束，根据所述全息图生成多束激光束；所述光斑能量和位置传感组件用于接收所述激光束，采集焦点均位于所述光斑能量和位置传感组件所在平面的多束激光束的能量和位置信息；所述控制终端，还用于判断每束激光束的所述能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息是否匹配，并在匹配时，控制所述光束参数调控组件根据所述能量和位置信息对应的全息图生成多束激光束；以及在不匹配时，根据每束激光束的所述能量和位置信息分别进行迭代调制处理，直至每束激光束的所述能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息匹配。

所述光路偏转组件由能够实现其功能的多个光学器件组成。所述光束参数调控组件采用可编程衍射光学器件。所述光斑能量和位置传感组件采用现有的能实现其功能的传感器件。所述控制终端采用计算机、工控机等能够实现其功能的设备。

如图1所示，一种平面多光束激光参数调控方法，基于所述激光系统实现，所述方法包括：

步骤11：对用于输出多光束激光的激光系统进行初始化，得到输出光场的全息图并生成多束激光束，且多束激光束通过光路入射至光斑能量和位置传感组件上；多束激光束的入射光路由光路偏转组件实现。

步骤12：光斑能量和位置传感组件采集焦点均位于所述光斑能量和位置传感组件所在平面的多束激光束的能量和位置信息，并传输至控制终端，控制终端判断每束激光束的所述能量和位置信息与对应的预设目标能量和位置信息是否匹配，如果是，则该束激光束的实时状态与预设状态匹配，进入步骤14，否则进入步骤13；

步骤13：控制终端对不匹配的激光束的能量和位置信息进行调制，根据调制后的能量和位置信息生成新的全息图，光束参数调控组件根据新的全息图生成新的激光束，新的激光束入射至光斑能量和位置传感组件上，返回上述步骤12；

步骤14：根据实时状态与预设状态相匹配的所有激光束的能量和位置信息对应的全息图生成多束激光束，多束所述激光束入射至目标区域。

本发明的平面多光束激光参数调控方法, 通过所述光斑能量和位置传感组件采集焦点均位于其所在平面的多束激光束的能量和位置信息，并进行闭环反馈控制，动态调整每束激光束的参数信息，实时监测输出光束的参数信息与质量，控制灵活，从而保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的设定目标，有效减小光学系统误差,以满足照射至目标区域内的每一束激光束均能实现任意、精准地调制，达到实际应用要求。

本发明中，为了使得输出的多束激光入射至目标区域内时针对不同的局部区域具有高质量、任意性的控制效果，需要预先设置目标多光束的空间位置和用于表征多光束参数信息的阈值，这样方便后续在光斑能量和位置传感组件采集到能量和位置信息时，方便进行比较，以确定是否满足设定的要求。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤11中，所述对用于输出多光束激光的激光系统进行初始化具体包括：

步骤111：将随机初始相位叠加至入射光场，并进行傅里叶变换，得到的频域所在面光场分布、频域所在面光场振幅和频域所在面相位；

步骤112：将预先设定的目标光场振幅替代所述频域所在面光场振幅，并按照所述初始激光相位进行傅里叶逆变换，得到更新的空域所在面光场分布、空域所在面光场振幅和空域所在面相位；

步骤113：根据所述更新的空域所在面光场分布、空域所在面光场振幅和空域所在面相位生成全息图，并根据所述全息图生成多束激光束。

通过随机初始激光相位进行傅里叶变换生成频域所在面光场分布和频域所在面光场振幅作为参照，并用目标光场振幅替代频域所在面光场振幅进行逆变换，得到空域所在面相位生成全息图,从而确定对应的全息图 ,便于光束参数调控组件根据所述全息图生成多束激光束。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤12中，所述采集焦点均位于所述光斑能量和位置传感组件所在平面的多束激光束的能量和位置信息具体包括如下步骤：

步骤121：所述光斑能量和位置传感组件接收多束激光束，并根据每一束激光生成对应的轮廓；

步骤122：采集每个所述轮廓范围内所有光斑对应的实际能量值I _i 和实际位置坐标P _i 。

通过根据激光束生成对应的轮廓，可以方便对轮廓内的所有光斑的参数信息进行准确采集，保证所有激光束的参数信息均能采集到，并且能得到合适的数据信息。

如图2所示，每束激光束的焦点均预先调节至所述光斑能量和位置传感组件所在平面，这样可以确保每束激光束的能量和位置信息能被准确采集到，经过反馈调制后，所述光斑能量和位置传感组件采集到的激光束的能量（对应图中的光斑亮度）以及所在位置均各不相同，均达到对应的设定目标，以满足照射至目标区域内的每一束激光束均能实现任意性地精准调制，这样，通过每一束激光束进行分别反馈调制，从而实现目标区域内的多束激光束任意性控制。

特别地，在实际应用中，在特定的应用场景中，需要采用多束均匀的激光束照射至目标区域内，此时，也可以采用上述方法对多束激光束进行反馈调制，使得多束激光束的激光参数（能量、亮度等）保持一致，并照射至目标区域内，达到均匀照射的效果，如图3所示。

实际中，需要根据每一束激光生成形状与目标光束一致的多个圆形的轮廓并进行缩放调整，保证多个圆形的轮廓能够框住光斑能量和位置传感组件采集到的所有激光束；通过调整圆形的轮廓到合适的大小，保证圆形的轮廓能框到合适的激光束，以采集相应的能量和位置信息。

如图4所示，在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤12中，所述判断每束激光束的所述能量和位置信息与对应的预设目标能量和位置信息是否匹配的具体实现为：

判断所述实际能量值I _i 和实际位置坐标P _i 是否满足预设匹配条件，并在满足预设匹配条件时确定激光束的所述能量和位置信息与对应的预设目标能量和位置信息匹配，否则不匹配；

所述预设匹配条件为：

𝛥I _i =I _i -I _i—targ

𝛥P _xi =P _xi -P _xi—targ

𝛥P _yi =P _yi -P _yi—targ

𝛥I _i <I𝜀

𝛥P _xi <P𝜀 _x

𝛥P _yi <P𝜀 _y

其中，I _i 为第i束激光束的实际能量值，I _i—targ 为第i束激光束的目标能量值， P _xi 为第i束激光束的X 轴实际位置坐标，P _xi—targ 为第i束激光束的X轴目标位置坐标，P _yi 为第i束激光束的X 轴实际位置坐标，P _yi—targ 为第i束激光束的Y轴目标位置坐标，𝛥I _i 为第i束激光束的实际能量值与目标能量值之间的能量偏差值， 𝛥P _xi 为第i束激光束的实际位置坐标与目标位置坐标的X轴位置坐标偏差值，𝛥P _yi 为第i束激光束的实际位置坐标与目标位置坐标的Y轴位置坐标偏差值，I𝜀为预设能量偏差阈值，P𝜀 _x 为预设X轴位置坐标偏差阈值，P𝜀 _y 为预设Y轴位置坐标偏差阈值。

通过上述公式可以判断每束激光束是否满足对应预先设定的要求，并在不满足设定的要求时进行迭代处理，从而最终实现输出至目标区域的每束激光束均符合预先设定的目标，实现目标区域内多束激光束的精准控制。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤13中，所述对激光束的所述能量和位置信息进行调制的具体方法为：

步骤131：根据能量偏差值和位置坐标偏差值进行修正，具体计算公式为：

G _Ii =M _i *𝛥I _i +I _i—targ

G _xi =N _i *𝛥P _xi +P _xi—targ

G _yi =N _i *𝛥P _yi +P _yi—targ

步骤132：根据修正后的能量值和位置坐标值确定更新后的像平面变换相位和像平面光场振幅;

步骤133：根据更新的像平面光场振幅和所述像平面变换相位进行傅里叶逆变换，得到调制后的像平面光场振幅和调制后的相位；

其中，所述M _i 为第i束激光束的能量权重系数，N _i 为第i束激光束的位置坐标权重系数, I _i—targ 为第i束激光束的目标能量值, P _xi—targ 为第i束激光束的X轴目标位置坐标, P _yi—targ 为第i束激光束的Y轴目标位置坐标，G _Ii 为第i束激光束修正后的能量值, G _xi 为第i束激光束修正后的X轴位置坐标值，G _yi 为第i束激光束修正后的Y轴位置坐标值， i的取值范围为[1，k]，k为激光束的总数。

通过采用上述方法对能量和位置信息进行调制，可以在激光束的所述能量和位置信息与对应的预设目标能量和位置信息不匹配时进行修正，如此循环，直至每束激光束的能量和位置信息与对应的预设目标能量和位置信息进行匹配，从而保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的设定目标，以满足目标区域内的每一束激光束均能实现任意、精准调制。

需要特别指出的是，所述权重系数的选择，会导致循环迭代时，匹配收敛的速度不一样（计算达到匹配的速度），同时权重系数的选择也会导致最终计算的任意性调控效果的好坏。本发明的实施例中，所述权重系数的范围选取为0-1之间。

本发明的平面多光束激光参数调控方法，与现有技术相比，具有并行多光束多元参数的调控功能，以实现激光束的数量、形状及焦点位置的控制，以及强激光束的能量分配，在调制过程中，通过加载不同全息图，能够灵活调节多光束的位置、数量、能量，能够灵活地满足各种激光控制的应用场景要求；同时增加了反馈机制，采用光斑能量和位置传感组件作为光强采集器，实时监测输出光束的状态与质量，并将其参数化反馈后进行调校，解决了现有的技术难以精准控制多光斑的能量和位置的问题。

本发明的平面多光束激光参数调控方法，可广泛应用于医学、光学、物理学、微电子学和激光通讯、激光加工、激光雷达、激光3D打印和器件成型（比如玻璃边缘成型和光纤表面及内部成型）等技术领域，应用前景十分广阔。

实施例2

如图5所示，本实施例提供一种平面多光束激光参数调控系统，包括用于产生相干激光束的激光光源1、光束参数调控组件6、翻转镜10、第一聚焦组件11、光斑能量和位置传感组件12、第二聚焦组件13、工作平面14和控制终端，所述激光光源1、光束参数调控组件6和翻转镜10顺次光路连接，所述翻转镜10将激光束分为两路，其中一路经由所述第二聚焦组件13聚焦后入射至所述工作平面14，另一路经由所述第一聚焦组件11入射至所述光斑能量和位置传感组件12，所述控制终端分别与所述光束参数调控组件6、光斑能量和位置传感组件12和第二聚焦组件13电连接。

所述控制终端用于初始化并生成输出光场的全息图，且将所述全息图加载至所述光束参数调控组件6上；所述光束参数调控组件6用于接收所述激光光源1输出的激光束，根据所述全息图生成多束激光束，且多束激光束通过光路到达所述翻转镜10反射后经由所述第一聚焦组件11入射至所述光斑能量和位置传感组件12上，或经由所述第二聚焦组件13入射至所述工作平面14上；所述光斑能量和位置传感组件12用于接收所述激光束，采集焦点均位于所述光斑能量和位置传感组件12所在平面的多束激光束的激光参数信息；所述控制终端还用于判断每束激光束的所述激光参数信息与对应的预设目标激光参数信息是否匹配，并在匹配时，控制所述光束参数调控组件6根据所述激光参数信息对应的全息图生成多束激光束；以及在不匹配时，根据每束激光束的所述激光参数信息分别进行迭代调制处理，直至每束激光束的所述激光参数信息与对应的预设目标激光参数信息匹配。

本发明的平面多光束激光参数调控系统，通过所述光斑能量和位置传感组件12采集焦点均位于其所在平面的多束激光束的激光参数信息，并反馈至控制终端进行闭环反馈控制，动态调整每束激光束的参数信息，实时监测输出光束的参数信息与质量，控制灵活，从而保证入射至目标区域的每束激光束均达到对应的设定目标，有效减小光学系统误差，以满足照射至工作平面14上目标区域内的每一束激光束均能实现任意性地精准调制，达到实际应用要求。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述平面多光束激光参数调控系统还包括第一反射镜2、玻片3、偏振分光镜4和第二反射镜5，所述第一反射镜2、玻片3、偏振分光镜4和第二反射镜5顺次设置在所述激光光源1与所述光束参数调控组件6之间，且所述激光光源1、第一反射镜2、玻片3、偏振分光镜4、第二反射镜5和光束参数调控组件6顺次光路连接。通过设置所述玻片3和偏振分光镜4可以将经过所述第一反射镜2反射的激光进行过滤，在通过所述第二反射镜5反射至所述光束参数调控组件6中，这样便于光束参数调控组件6加载实时的全息图，并调整生成对应的多束激光束，提高激光束的质量以及利用率。

这里，所述玻片3以及所述偏振分光镜4的作用是保证输出端光束的偏振方向和能量适应光束参数调控组件6，所述光束参数调控组件6的作用是改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态和衍射角，所述光斑能量和位置传感组件12的作用是实时采集激光参数信息，以对激光束的质量进行实时监控。

所述控制终端分别与所述光束参数调控组件6、光斑能量和位置传感组件12和第二聚焦组件13连接，用于控制所述光束参数调控组件6、光斑能量和位置传感组件12和第二聚焦组件13工作，并保证相互之间协同工作，实现针对性的控制每束输出激光束，保证输出激光束均达到对应的预设要求。

本发明中，所述第一聚焦组件11和第二聚焦组件13均可以采用振镜，也可以采用聚焦镜或者高倍物镜等，并配合相应的光路来达到聚焦的效果。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述的平面多光束激光参数调控系统还包括第二透镜7、第三反射镜8和第三透镜9，所述第二透镜7、第三反射镜8和第三透镜9顺次设置在所述光束参数调控组件6和翻转镜10之间，且所述馈调节组件6、第二透镜7、第三反射镜8、第三透镜9和翻转镜10顺次光路连接。通过所述第二透镜7可以对所述光束参数调控组件6输出的多束激光束进行聚焦，并由所述第三反射镜8反射以及所述第三透镜9进行折射后入射至所述翻转镜10，从而实现分束，有效提高了激光束的利用率。

可选地，在本发明提供的一个或多个实施例中，所述光束参数调控组件6采用可编程衍射光学器件。采用可编程衍射光学器件将单束激光分为多束并行激光，可同时对多个路径进行扫描，成倍提高了激光器的能量利用率，并且能以低电压获得较大的折射率变化、易制成二维形状,故易构成并行光信息处理用器件，具有并行多光束多元参数的调控功能，以实现激光束的数量、形状及焦点位置的控制，以及强激光束的能量分配，同时，其具备制作简单、价格低、耗能低、易控制等优点。

本发明的实施例中，所述翻转镜10为电动翻转镜，且所述控制终端与所述电动翻转镜电连接，并控制所述电动翻转镜转动，以使得多束激光束在入射至所述光斑能量和位置传感组件12与入射至所述工作平面14上的目标区域进行光路切换。通过控制电动翻转镜翻转，可以在对所述激光光源1出射的激光束反馈调节完成后自动切换光路，保证调制完成后的激光束自动切换至工作平面14上的目标区域内，自动化控制，提高了整个系统的智能化程度。

本发明的平面多光束激光参数调控系统，激光光源1产生的激光经过第一反射镜2反射到所述波片3以及偏振分光镜4进行过滤，再通过第二反射镜5反射到所述光束参数调控组件6中；从光束参数调控组件6射出的光经过所述第二透镜7聚焦，然后经过第三反射镜8反射以及所述第三透镜9折射，到达翻转镜10，经由所述第一聚焦组件11聚焦进入所述光斑能量和位置传感组件12，所述光斑能量和位置传感组件12采集激光束的激光参数，并进行反馈控制，直至所有激光束的激光参数与对应的目标激光参数匹配后，控制所述翻转镜10翻转，以使得多束激光束进入所述第二聚焦组件13中，经过所述第二聚焦组件13的聚焦后作用于位于所述工作平面14上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种平面多光束激光参数调控方法, 其特征在于，所述方法包括：

步骤11：系统初始化，得到输出光场的全息图，并根据所述全息图生成多束激光束，多束所述激光束入射至检测区域；

步骤12：检测入射至同一平面的所有激光束的能量和位置信息，并判断每束激光束的实时能量和位置信息与对应的该束激光束的预设能量和位置信息是否匹配；如果匹配，则该束激光束的实时状态与预设状态匹配，进入步骤14，否则进入步骤13；

步骤13：对不匹配的激光束的能量和位置信息进行调制，根据调制后的能量和位置信息生成新的全息图，并根据新的全息图生成新的激光束，新的激光束入射至检测区域，返回上述步骤12；

步骤14：根据实时状态与预设状态相匹配的所有激光束的能量和位置信息对应的全息图生成多束激光束，多束所述激光束入射至目标区域；

所述步骤12中，判断每束激光束的实时能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息是否匹配的步骤进一步包括：

任一激光束的实时能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息满足下列预设匹配条件，则该束激光束的实时状态与预设状态匹配，否则不匹配；

所述预设匹配条件为：

𝛥I _i =I _i -I _i—targ

𝛥P _xi =P _xi -P _xi—targ

𝛥P _yi =P _yi -P _yi—targ

𝛥I _i <I𝜀

𝛥P _xi <P𝜀 _x

𝛥P _yi <P𝜀 _y

其中，I _i 为第i束激光束的实际能量值，I _i—targ 为第i束激光束的目标能量值， P _xi 为第i束激光束的X 轴实际位置坐标，P _xi—targ 为第i束激光束的X轴目标位置坐标，P _yi 为第i束激光束的X 轴实际位置坐标，P _yi—targ 为第i束激光束的Y轴目标位置坐标，𝛥I _i 为第i束激光束的实际能量值与目标能量值之间的能量偏差值， 𝛥P _xi 为第i束激光束的实际位置坐标与目标位置坐标的X轴位置坐标偏差值，𝛥P _yi 为第i束激光束的实际位置坐标与目标位置坐标的Y轴位置坐标偏差值，I𝜀为预设能量偏差阈值，P𝜀 _x 为预设X轴位置坐标偏差阈值，P𝜀 _y 为预设Y轴位置坐标偏差阈值；

所述步骤13中，对不匹配的激光束的能量和位置信息进行调制的步骤进一步包括：

步骤131：根据能量偏差值和位置坐标偏差值进行修正，具体计算公式为：

G _Ii =M _i *𝛥I _i +I _i—targ

G _xi =N _i *𝛥P _xi +P _xi—targ

G _yi =N _i *𝛥P _yi +P _yi—targ

步骤132：根据修正后的能量值和位置坐标值确定更新后的像平面变换相位和像平面光场振幅;

步骤133：根据更新的像平面光场振幅和所述像平面变换相位进行傅里叶逆变换，得到调制后的像平面光场振幅和调制后的相位；

其中，所述M _i 为第i束激光束的能量权重系数，N _i 为第i束激光束的位置坐标权重系数, I _i—targ 为第i束激光束的目标能量值, P _xi—targ 为第i束激光束的X轴目标位置坐标, P _yi—targ 为第i束激光束的Y轴目标位置坐标，G _Ii 为第i束激光束修正后的能量值, G _xi 为第i束激光束修正后的X轴位置坐标值，G _yi 为第i束激光束修正后的Y轴位置坐标值，i的取值范围为[1，k]，k为激光束的总数。

2.根据权利要求1所述的平面多光束激光参数调控方法, 其特征在于，所述步骤11中，系统初始化的步骤进一步包括：

步骤111：将随机初始相位叠加至入射光场，并进行傅里叶变换，得到的频域所在面光场分布、频域所在面光场振幅和频域所在面相位；

步骤112：将预先设定的目标光场振幅替代所述频域所在面光场振幅，并按照初始激光相位进行傅里叶逆变换，得到更新的空域所在面光场分布、空域所在面光场振幅和空域所在面相位；

步骤113：根据所述更新的空域所在面光场分布、空域所在面光场振幅和空域所在面相位生成全息图，并根据所述全息图生成多束激光束。

3.根据权利要求2所述的平面多光束激光参数调控方法, 其特征在于，所述步骤12中，所述检测区域设有光斑能量和位置传感组件，通过所述光斑能量和位置传感组件采集焦点均位于光斑能量和位置传感组件所在平面的多束激光束的能量和位置信息，进一步包括：

步骤121：所述光斑能量和位置传感组件接收多束激光束，并根据每一束激光生成对应的轮廓；

步骤122：采集每个所述轮廓范围内所有光斑对应的实际能量值I _i 和实际位置坐标P _i 。

4.一种平面多光束激光参数调控系统, 用于实现权利要求1所述方法，其特征在于，包括激光光源、光路偏转组件、光束参数调控组件、光斑能量和位置传感组件和控制终端，所述光束参数调控组件、光斑能量和位置传感组件分别与控制终端相连；

所述控制终端，用于初始化并生成输出光场的全息图，且将所述全息图加载至所述光束参数调控组件上；

所述光路偏转组件，用于将多束激光束入射至位于检测区域的光斑能量和位置传感组件上，或入射至位于目标区域的工作平面上；

所述光束参数调控组件，用于接收所述激光光源输出的激光束，根据所述全息图生成多束激光束；

所述光斑能量和位置传感组件，用于接收所述激光束，采集焦点均位于所述光斑能量和位置传感组件所在平面的多束激光束的能量和位置信息；

所述控制终端，还用于判断每束激光束的所述能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息是否匹配，并在匹配时，控制所述光束参数调控组件根据所述能量和位置信息对应的全息图生成多束激光束；以及在不匹配时，根据每束激光束的所述能量和位置信息分别进行迭代调制处理，直至每束激光束的所述能量和位置信息与对应的预设能量和位置信息匹配。

5.根据权利要求4所述的平面多光束激光参数调控系统, 其特征在于:所述光束参数调控组件采用可编程衍射光学器件。

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