CN114094432A - 脉冲波形可调的固体激光器系统及脉冲波形调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种脉冲波形可调的固体激光器系统，所述激光器系统包括PC上位机，用于设置所需波形参数；波形编辑模块，基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；多路复用器，用于接收所述波形编辑模块编辑后的脉冲波形，按照编辑后脉冲波形信号打开所述多路复用器的波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；Q驱，用于接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光；本发明可以快速编任意波形，使激光器波形多元化，提高了激光器的输出特性与稳定性，提升了激光器的性能，使激光加工范围更广，具有更广阔的市场。

Description

脉冲波形可调的固体激光器系统及脉冲波形调节方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种脉冲波形可调的固体激光器系统及其脉冲波形调节方法。
背景技术
随着固体激光器的快速发展，大能量级超短超快脉冲激光开始逐渐进入市场，包括激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接等)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等，在医疗领域也被广泛用于外科眼科手术、等离子体诊断、脉冲全息照相等工作中。在实际应用中，为了确保脉冲激光器输出大能量、短波长的稳定激光，需要对激光器的光波信号进行调节，从而使原始的激光光源经过一系列的操作实现稳定输出。原有的固体激光器种子源输出的脉冲波形均为固定参数，单一类型的脉冲波形无法满足不同工作场合下的工作条件，为实现激光器的多种工作条件，需要对输出的脉冲波形进行编辑调制。
发明内容
本发明在于提供一种脉冲波形可编辑的波形控制器，可以快速编辑任意波形。
第一方面，本发明实施例提供了一种脉冲波形可调的固体激光器系统，所述激光器系统包括：
PC上位机，用于设置所需波形参数；
波形编辑模块，基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；
多路复用器，用于接收所述波形编辑模块编辑后的脉冲波形，按照编辑后脉冲波形信号打开所述多路复用器的波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；
Q驱，用于接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光。
可选地，所述波形编辑模块包括：
主控制板，用于产生PW控制信号以调节输出脉冲波形的幅值；
STM8控制板，所述STM8控制板与所述主控制板连接，用于调节输出脉冲波形的幅值参数；
波形编辑板，所述波形编辑板与主控制板连接，用于对输出脉冲波形的编辑处理，调节脉冲宽度、调节脉冲个数；所述STM8控制板与波形编辑板连接。
可选地，所述的STM8控制板还用于主控制板与波形编辑板之间的串口通信，通信内容包括通过PC上位机下发的脉冲信号的属性。
可选地，所述波形编辑板检测到外部触发信号的上升沿时，在上升沿内输出指定参数的脉冲波形。
可选地，若在上升沿期间输出脉冲波形个数未达到设置值，在下一次触发信号的上升沿到来的之前继续输出所设定参数的脉冲波形。
可选地，所述STM8控制板将高电平信号输入到所述的波形编辑板中对信号的幅值进行调节，输出各通道与输入的高电平信号相与操作后的脉冲信号。
可选地，当所述波形编辑板识别到外部触发脉冲信号上升沿时启动内部的定时器，内部定时器根据所述PC上位机设置的脉宽参数设置脉宽。
可选地，所述多路复用器根据所述波形编辑板编辑过的脉冲波形，打开通道完成对脉冲个数的调节。
第二方面，本发明实施例提供了一种脉冲波形调节方法，所述脉冲波形调节方法包括：
基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；
接收编辑过后的脉冲波形信号，检测到外部触发信号的上升沿时，在上升沿内输出指定参数的脉冲波形，按照所述波形信号打开波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；
接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光。
可选地，所述脉冲波形调节方法还包括，若在上升沿期间输出脉冲波形个数未达到设置值，在下一次触发信号的上升沿到来的之前继续输出所设定参数的脉冲波形。
有益效果
本发明提出了一种脉冲波形可调的固体激光器系统，所述激光器系统包括PC上位机，用于设置所需波形参数；波形编辑模块，基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；多路复用器，用于接收所述波形编辑模块编辑后的脉冲波形，按照编辑后脉冲波形信号打开所述多路复用器的波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；Q驱，用于接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光；本发明快速且可编任意波形，使激光器波形多元化，提高了激光器的输出特性与稳定性，提升了激光器的性能，使激光加工范围更广，具有更广阔的市场。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种脉冲波形可调的固体激光器系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种脉冲波形可调的固体激光器系统和所述激光器系统的波形编辑模块的结构示意图；
图3为本发明实例的一种脉冲波形调节方法的流程图；
图4为本发明实施例的一种脉冲波形调节方法的流程图；
图5为本发明一种实施例的波形编辑板检测到上升沿后输出脉冲信号的流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例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。
下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
图1示出了本发明实施例的一种脉冲波形可调的固体激光器系统的结构示意图，如图1所示，所述激光器系统包括：
PC上位机10，用于设置所需波形参数,参数包括脉冲个数、脉宽、脉冲的幅值等；
波形编辑模块20，基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；
多路复用器30，用于接收所述波形编辑模块编辑后的脉冲波形，按照编辑后脉冲波形信号打开所述多路复用器的波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；
所述的多路复用器30为一种脉冲使能开关器件，用于选择输出的波形输出通道，当外部触发信号进入后，波形编辑模块20的每一路会按照设定的幅值、脉宽产生脉冲信号，再由多路复用器30选择需要输出的通道，例如：输出脉冲波形需要通道2、3、5、6合成，即将2、3、5、6的使能开关打开，输出合成后的脉冲波形；
Q驱40，用于接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光；
所述的Q驱40是专门为备种型号声光Q开关器件而设计的驱动电源，它能够接受外部的控制信号，产生相应的射频信号并施加到Q开关元件进行激光有无控创及波形调制；在出光期间，有目的地给Q开关元件商加上一系列射频脉冲群，周期性的关断和释放激光，是从平均功率相对低的激光器中获得脉宽窄、峰值高的激光脉冲的手段，这种波形控制方式通常称为Q调制。
本实施例提出了一种脉冲波形可调的固体激光器系统，所述激光器系统包括PC上位机，用于设置所需波形参数；波形编辑模块，基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；多路复用器，用于接收所述波形编辑模块编辑后的脉冲波形，按照编辑后脉冲波形信号打开所述多路复用器的波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；Q驱，用于接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光；可以快速且可编任意波形，使激光器波形多元化，提高了激光器的输出特性与稳定性，提升了激光器的性能，使激光加工范围更广，具有更广阔的市场。
具体地，如图2所示，所述波形编辑模块包括：
主控制板201，用于产生PW控制信号以调节输出脉冲波形的幅值；
STM8控制板202，所述STM8控制板202与所述主控制板201连接，用于调节输出脉冲波形的幅值参数；
波形编辑板203，所述波形编辑板203与主控制板201连接，用于对输出脉冲波形的编辑处理，调节脉冲宽度、调节脉冲个数；所述STM8控制板202与波形编辑板203连接。
具体地，当所述波形编辑板203检测到外部触发信号的上升沿时，在上升沿内输出指定参数的脉冲波形；若在上升沿期间输出脉冲波形个数未达到设置值，在下一次触发信号的上升沿到来的之前继续输出所设定参数的脉冲波形；
当所述STM8控制板202将高电平信号输入到所述的波形编辑板203中对信号的幅值进行调节，输出各通道与输入的高电平信号相与操作后的脉冲信号；
幅值调节是用激光器系统内部的单片机输出高电平信号进入波形编辑板203，所述信号的幅值是可调节的；各通道会与输入的高电平信号进行相与的操作，然后输出的脉冲波形为相与后的脉冲信号，所述的脉冲信号为幅值可调的脉冲信号；
当所述波形编辑板203识别到外部触发脉冲信号上升沿时启动内部的定时器，内部定时器根据所述PC上位机10设置的脉宽参数设置脉宽；
宽度调节是通过PC上位机10设置脉宽参数后，波形编辑板203会自动下发指令设置内部定时器的计时值，当检测到触发脉冲上升沿后，输出波形的电平拉高，进入定时中断，当定时到时后，输出波形的电平拉低，从而实现对脉冲宽度的调节；
当所述多路复用器30根据所述波形编辑板203编辑过的脉冲波形，打开通道完成对脉冲个数的调节；
脉冲个数调节是多路复用器30根据波形编辑板203编辑过的脉冲波形，打开对应的通道，使设定个数地脉冲信号通过。
图3示出了本发明实施例的一种脉冲波形调节方法的流程图，如图3所示，所述脉冲波形调节方法包括：
S200、基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；
S400、接收编辑过后的脉冲波形信号，检测到外部触发信号的上升沿时，在上升沿内输出指定参数的脉冲波形，按照所述波形信号打开波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；
S600、接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光。
需要说明的是，所述脉冲波形调节方法还包括，若在上升沿期间输出脉冲波形个数未达到设置值，在下一次触发信号的上升沿到来的之前继续输出所设定参数的脉冲波形。
下面以一种较优的实施例对本发明的有益效果进行说明：
图4示出了本发明实施例的一种脉冲波形调节方法的流程图，如图4所示，所述脉冲波形调节方法包括：
S10、外部触发信号输入，用户输入需要输出脉冲个数，用于最终输出脉冲信号，外部触发信号用于产生基频脉冲信号，输入连续脉冲方波；
S20、设置脉冲参数值，通过PC上位机设置参数值，所述参数值包括脉冲个数、脉冲幅值和脉宽；
完成对脉冲个数的调节需要多路复用器30根据波形编辑板203编辑过的脉冲波形，打开对应的通道，使设定个数地脉冲信号通过；
完成对幅值的调节是用激光器系统内部的单片机输出高电平信号进入波形编辑板203，通过波形编辑板203对信号的幅值进行调节；各通道会与输入的高电平信号进行相与的操作，然后输出的脉冲波形为相与后的脉冲信号；
完成对宽度的调节是通过PC上位机10设置脉宽参数后，波形编辑板203会自动下发指令设置内部定时器的计时值，当检测到触发脉冲上升沿后，输出波形的电平拉高，进入定时中断，当定时到时后，输出波形的电平拉低，从而实现对脉冲宽度的调节；
S30、设置识别触发信号上升沿，所述波形编辑板203识别到外部触发脉冲信号上升沿；在输入脉冲信号上升沿内，产生脉冲信号；产生的脉冲信号脉宽是通过PC上位机10来调节的；产生的脉冲信号幅值是通过外部PW信号进行调节的，输出的脉冲幅值范围为0-5V；若在上升沿期间输出脉冲波形个数未达到设置值，在下一次触发信号的上升沿到来的之前继续输出所设定参数的脉冲波形；
识别外部触发信号的上升沿是为了保证和输入的触发信号的时序同步，在上升沿内输出指定参数波形也是为了保证时序一致，不能在信号的下降沿内触发，是因为电路的设计就是要识别高电平信号后输出相应的脉冲波形，当检测到高电压信号大于一定幅值时，例如所述幅值为3.3V时，如果不在这个上升沿内输出，会导致输出波形的周期性错乱，无法判断什么时候输出脉冲波形；
S40、循环产生设置脉冲波形，循环进行S10-S30步骤得到所需的脉冲波形，将编辑后的脉冲信号输出至多路复用器30；
S50、输入多路复用器30，当多路复用器30接收到所述波形编辑模块20编辑后的脉冲波形，按照编辑后脉冲波形信号打开所述多路复用器的波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；
所述的多路复用器30为一种脉冲使能开关器件，用于选择输出的波形输出通道，当外部触发信号进入后，波形编辑模块20的每一路会按照设定的幅值、脉宽产生脉冲信号，再由多路复用器30选择需要输出的通道，例如：输出脉冲波形需要通道2、3、5、6合成，即将2、3、5、6的使能开关打开，输出合成后的脉冲波形；
S60、输入Q驱，接收多路复用器30合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光；
所述的Q驱40是专门为备种型号声光Q开关器件而设计的驱动电源，它能够接受外部的控制信号，产生相应的射频信号并施加到Q开关元件进行激光有无控创及波形调制；在出光期间，有目的地给Q开关元件商加上一系列射频脉冲群，周期性的关断和释放激光，是从平均功率相对低的激光器中获得脉宽窄、峰值高的激光脉冲的手段，这种波形控制方式通常称为Q调制；
S70、产生脉冲激光，多路复用器30将脉冲信号输入到Q驱，进行光电转换，产生光信号，控制Q开关输出脉冲激光。
图5示出了本发明实施例的波形编辑板检测到上升沿后输出脉冲信号的流程图；如图5所示，当外部触发信号进来后，波形编辑板203检测上升沿，当检测到后开始输出脉冲波形信号；当外部输入一个标准的TTL方波信号，波形编辑板203检测到上升沿之后，多路复用器30按照PC上位机10设置的参数打开输出通道，所述参数为脉冲个数3个，脉宽5ns；打开的通道开始输出高电平信号，其中所述信号的幅值是由STM8控制板202控制的，所述信号的脉宽是由波形编辑板203中的定时计数器控制的，当通道需要的脉宽为5ns，所述定时计数器在记录到5ns时将输出的信号关闭；若在上升沿期间输出脉冲波形个数未达到设置值，在下一次触发信号的上升沿到来的之前继续输出所设定参数的脉冲波形，本发明实施例的脉冲波形调节方法，可以快速且可编任意波形，使激光器波形多元化，避免了由于种子源单一方波而致使激光器的性能减低，提高了激光器的输出特性与稳定性，激光器及其输出更加稳定，性能更加优越，可使激光器在不同触发源、不同使用场合下工作，提升了激光器的性能，使激光加工范围更广，具有更广阔的市场。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种脉冲波形可调的固体激光器系统，其特征在于，所述激光器系统包括：
PC上位机，用于设置所需波形参数；
波形编辑模块，基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；
多路复用器，用于接收所述波形编辑模块编辑后的脉冲波形，按照编辑后脉冲波形信号打开所述多路复用器的波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；
Q驱，用于接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述波形编辑模块包括：
主控制板，用于产生PW控制信号以调节输出脉冲波形的幅值；
STM8控制板，所述STM8控制板与所述主控制板连接，用于调节输出脉冲波形的幅值参数；
波形编辑板，所述波形编辑板与主控制板连接，用于对输出脉冲波形的编辑处理，调节脉冲宽度、调节脉冲个数；所述STM8控制板与波形编辑板连接。
3.根据权利要求2所述的激光器系统，其特征在于，所述的STM8控制板还用于主控制板与波形编辑板之间的串口通信，通信内容包括通过PC上位机下发的脉冲信号的属性。
4.根据权利要求2所述的激光器系统，其特征在于，所述波形编辑板检测到外部触发信号的上升沿时，在上升沿内输出指定参数的脉冲波形。
5.根据权利要求4所述的激光器系统，其特征在于，若在上升沿期间输出脉冲波形个数未达到设置值，在下一次触发信号的上升沿到来的之前继续输出所设定参数的脉冲波形。
6.根据权利要求2所述的激光器系统，其特征在于，所述STM8控制板将高电平信号输入到所述的波形编辑板中对信号的幅值进行调节，输出各通道与输入的高电平信号相与操作后的脉冲信号。
7.根据权利要求4或5所述的激光器系统，其特征在于，当所述波形编辑板识别到外部触发脉冲信号上升沿时启动内部的定时器，内部定时器根据所述PC上位机设置的脉宽参数设置脉宽。
8.根据权利要求4或5所述的激光器系统，其特征在于，所述多路复用器根据所述波形编辑板编辑过的脉冲波形，打开通道完成对脉冲个数的调节。
9.一种脉冲波形调节方法，其特征在于，所述脉冲波形调节方法包括：
基于输入的脉冲方波，根据所述波形参数编辑脉冲波形；其中，所述脉冲方波是基于外部触发信号产生基频脉冲信号，输入的连续脉冲方波；
接收编辑过后的脉冲波形信号，检测到外部触发信号的上升沿时，在上升沿内输出指定参数的脉冲波形，按照所述波形信号打开波形输出通道并输出合成后的脉冲波形；
接收所述合成后的脉冲波形，产生相应的射频信号并控制Q开关输出脉冲激光。
10.根据权利要求9所述的脉冲波形调节方法，其特征在于，所述脉冲波形调节方法还包括，若在上升沿期间输出脉冲波形个数未达到设置值，在下一次触发信号的上升沿到来的之前继续输出所设定参数的脉冲波形。
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