CN113884753B - 一种激光器输出功率测量电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光器输出功率测量电路，包括光电探测电路、信号放大电路、交直流耦合切换电路、同步调制电路与低通滤波电路。该激光器输出功率测量电路利用光电探测电路将激光器输出功率转换成电压信号，经过信号放大、交直流耦合切换、同步调制与低通滤波后利用AD转换实现激光输出功率测量。本发明可以对连续和脉冲激光器输出功率测量，可用于激光器输出功率稳定系统闭环控制中的信号输入。
Description
技术领域
本发明属于激光器领域，具体是一种激光器输出功率测量电路。
背景技术
基于Serf态原子惯性测量装置可以实现超高灵敏惯性测量，大幅超越现有相关测量手段实现的灵敏度，挑战磁场和惯性测量灵敏度极限。其主要对抽运激光器输出功率进行稳定，要求在半小时内激光器输出功率变化在0.05％以内，实现对碱金属原子的均匀极化。
目前，激光器输出功率测量主要依靠AD采样电路直接对光电探测器输出信号进行采集，将采集到的信号进行处理得到激光器输出功率的变化，该方法应用于脉冲激光器输出功率测量时，对AD采集速率要求高、数据处理计算量大，且测量结果无法实时输出，不能满足控制实时性的实际需求。为了解决上述问题，需要设计一种新的测量电路，能够实现对激光器输出功率的实时测量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种激光器输出功率测量电路。本发明可以将脉冲激光器输出的脉冲功率转换为模拟直流电压信号，减少数值计算数据处理量，提高测量精度与增强信号处理实时性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种激光器输出功率测量电路，包括光电探测电路、信号放大电路、交直流耦合切换电路、同步调制电路与低通滤波电路。所述光电探测电路的输出端接信号放大电路输入端，信号放大电路输出端接交直流耦合切换电路输入端，交直流耦合切换电路的输出端与同步调制电路输入端，同步调制电路输出端接低通滤波电路输入端。
进一步地，光电探测电路将光功率信号转换成电压信号，再经过信号放大电路进行线性增益；通过交直流耦合切换电路与同步调制电路，对线性增益后的电压信号进行调制，最后通过低通滤波电路滤除噪声。
进一步地，测量激光器输出功率包括如下步骤：
1)将激光器输出功率测量电路置于激光器输出光路之后，通过光电探测电路采集激光器输出功率；利用信号放大电路对信号进行放大，同时通过切换增益实现合适的放大倍数。
2)根据激光输出类型，在交直流耦合切换电路中选择采用直流耦合或交流耦合。
2.1)若激光器输出类型为连续激光，交直流耦合切换电路选择直流耦合，此时，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相等。
2.2)若激光器输出类型为脉冲激光，交直流耦合切换电路选择交流耦合：
当激光器打开时，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相等；
当激光器关闭时，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相反。
3)同步调制电路输出电压信号经过低通滤波电路后，滤除噪声。
进一步地，所述光电探测电路包括光电二极管、运算放大器IC1、运算放大器IC2；由运算放大器IC1实现跨阻放大器，将光电二极管的电流信号转换成电压信号，由运算放大器IC2对跨阻放大器输出信号缓冲。
进一步地，所述信号放大电路包括运算放大器IC3、模拟开关SW1；由运算放大器IC3实现同相比例放大电路，由模拟开关SW1切换增益。
进一步地，所述交直流耦合切换电路包括模拟开关SW2、运算放大器IC4；由模拟开关SW2实现交直流耦合切换，由运算放大器IC4实现信号缓冲。
进一步地，所述同步调制电路包括运算放大器IC5、模拟开关S1；由运算放大器IC5实现差动放大器，由模拟开关S1实现同步调制。
进一步地，所述低通滤波电路包括模拟开关SW3、运算放大器IC6；由模拟开关SW3实现低通滤波量程切换，由运算放大器IC6实现信号缓冲。
本发明的有益效果是：本发明可以实时测量激光器输出功率的变化，主要应用于连续激光器输出功率测量与脉冲激光器输出功率测量。降低AD采集速率要求、减少数据处理计算量，满足激光器输出功率稳定系统闭环实时性的需求。
附图说明
图1是本发明的结构组成示意图；
图2是光电探测电路图；
图3是信号放大电路图；
图4是交直流耦合切换电路图；
图5是同步调制电路图；
图6是低通滤波电路图；
图7是光电探测器输出信号图；
图8是信号放大电路输出信号图；
图9是交直流耦合切换电路在交流耦合状态下的输出信号图；
图10是同步调制电路输出信号图；
图11是低通滤波电路输出信号图。
具体实施方式
以下结合附图和发明人给出的具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种激光器输出功率测量电路，包括光电探测电路、信号放大电路、交直流耦合切换电路、同步调制电路与低通滤波电路。所述光电探测电路的输出端接信号放大电路输入端，信号放大电路输出端接交直流耦合切换电路输入端，交直流耦合切换电路的输出端接同步调制电路输入端，同步调制电路输出端接低通滤波电路输入端。
如图2所示，所述光电探测电路中，运算放大器IC1作为跨阻放大器，将光电二极管D1的电流信号转换成电压信号，运算放大器IC2对跨阻放大器IC1输出信号进行缓冲。
如图3所示，所述信号放大电路中，运算放大器IC3实现同相比例放大电路，模拟开关SW1切换增益。
如图4所示，所述交直流耦合切换电路中，模拟开关SW2实现交直流耦合切换，运算放大器IC4实现信号缓冲。
如图5所示，所述同步调制电路中，运算放大器IC5实现差动放大器，模拟开关S1实现同步调制。
如图6所示，所述低通滤波电路中，模拟开关SW3实现低通滤波量程切换，运算放大器IC6实现信号缓冲。
本发明测量激光器输出功率的步骤如下：
1)将激光器输出功率测量电路置于激光器输出光路之后，通过光电探测电路采集激光器输出功率，输出如图7所示的信号；利用信号放大电路对信号进行放大，同时通过切换增益实现合适的放大倍数，输出如图8所示的信号。
2)根据激光输出类型，在交直流耦合切换电路中选择采用直流耦合或交流耦合。
2.1)若激光器输出类型为连续激光，交直流耦合切换电路选择直流耦合，同步调制电路中的模拟开关S1置于上侧，此时，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相等。
2.2)若激光器输出类型为脉冲激光，交直流耦合切换电路选择交流耦合，输出信号如图9所示，同步调制电路中的模拟开关S1受控于激光器输出的开关信号：
当激光器打开时，模拟开关置于上侧，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相等；
当激光器关闭时，模拟开关置于下侧，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相反，输出信号如图10所示。
3)同步调制电路输出电压信号经过低通滤波电路后，滤除高频毛刺，输出信号如图11所示。
激光输出功率经过光电探测电路将光功率信号转换成电压信号，该电压信号经过信号放大电路进行线性增益，根据交直流耦合切换电路与同步调制电路，将对线性增益后的电压信号调制，通过低通滤波电路滤除高频噪声，最后得到的低通信号与激光输出功率成正比。
Claims (6)
1.一种激光器输出功率测量电路，其特征在于，包括光电探测电路、信号放大电路、交直流耦合切换电路、同步调制电路、低通滤波电路；所述光电探测电路的输出端接信号放大电路输入端，信号放大电路输出端接交直流耦合切换电路输入端，交直流耦合切换电路的输出端与同步调制电路输入端，同步调制电路输出端接低通滤波电路输入端；
测量激光器输出功率包括如下步骤：
1）将激光器输出功率测量电路置于激光器输出光路之后，通过光电探测电路采集激光器输出功率；利用信号放大电路对信号进行放大，同时通过切换增益实现合适的放大倍数；
2）根据激光输出类型，在交直流耦合切换电路中选择采用直流耦合或交流耦合；
2.1）若激光器输出类型为连续激光，交直流耦合切换电路选择直流耦合，此时，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相等；
2.2）若激光器输出类型为脉冲激光，交直流耦合切换电路选择交流耦合：
当激光器打开时，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相等；
当激光器关闭时，同步调制电路输出电压信号与输入电压信号相反；
3）同步调制电路输出电压信号经过低通滤波电路后，滤除噪声，得到的低通信号与激光输出功率成正比；
所述交直流耦合切换电路包括模拟开关SW2、运算放大器IC4；由模拟开关SW2实现交直流耦合切换，由运算放大器IC4实现信号缓冲；当模拟开关SW2连接电阻R7与电阻R8时，电路工作在直流耦合模式；当模拟开关SW2连接电容C2与电阻R8时，电路工作在交流耦合模式。
2.如权利要求1所述激光器输出功率测量电路，其特征在于，光电探测电路将光功率信号转换成电压信号，再经过信号放大电路进行线性增益；通过交直流耦合切换电路与同步调制电路，对线性增益后的电压信号进行调制，最后通过低通滤波电路滤除噪声。
3.如权利要求1所述激光器输出功率测量电路，其特征在于，所述光电探测电路包括光电二极管、运算放大器IC1、运算放大器IC2；由运算放大器IC1实现跨阻放大器，将光电二极管的电流信号转换成电压信号，由运算放大器IC2对跨阻放大器输出信号缓冲。
4.如权利要求1所述激光器输出功率测量电路，其特征在于，所述信号放大电路包括运算放大器IC3、模拟开关SW1；由运算放大器IC3实现同相比例放大电路，由模拟开关SW1切换增益。
5.如权利要求1所述激光器输出功率测量电路，其特征在于，所述同步调制电路包括运算放大器IC5、模拟开关S1；由运算放大器IC5实现差动放大器，由模拟开关S1实现同步调制。
6.如权利要求1所述激光器输出功率测量电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括模拟开关SW3、运算放大器IC6；由模拟开关SW3实现低通滤波量程切换，由运算放大器IC6实现信号缓冲。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |