CN117335263B - 一种增益介质材料温度控制方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种增益介质材料温度控制方法、电子设备及存储介质，涉及增益介质材料温度控制领域，所述方法应用于光束输出装置，所述光束输出装置包括光源元器件、增益介质腔元器件、温度控制器，温度控制器包括处理器；所述处理器用于执行以下步骤：获取增益介质对应的目标增益介质材料；根据目标增益介质材料和预设的增益介质材料属性列表，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型；通过温度控制器对应的隶属函数对增益介质进行温度控制；获取温度控制器控制的增益介质当前的温度偏差和和温度偏差变化率；根据温度偏差和温度偏差变化率的大小，对温度控制器对应的隶属函数的参数进行优化；本发明能够确保增益介质温度控制的精度。
Description
技术领域
本发明涉及增益介质材料温度控制领域，特别是涉及一种增益介质材料温度控制方法、电子设备及存储介质。
背景技术
目前，半导体激光器被广泛应用于各个领域，半导体激光器所发出的激光是基于半导体材料，即增益介质材料生成的，而半导体材料的类型繁多，不同类型的半导体材料所产生激光的过程以及产生激光的过程中半导体材料自身的温度与波长的变化特性也不同；在对半导体材料的温度控制过程中，通常是选择一种固定的隶属函数，然后使用该隶属函数持续对半导体材料的温度进行控制；然而，半导体材料在工作的过程中会存在老化，使得半导体材料的特性发生改变，如果使用固定的隶属函数继续对半导体材料进行温度控制，则会影响半导体材料温度控制的精度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
根据本申请的第一方面，提供了一种增益介质材料温度控制方法，所述方法应用于光束输出装置，所述光束输出装置包括光源元器件、增益介质腔元器件、温度控制器，温度控制器包括处理器；其中，光源元器件能够发出光束至增益介质腔中的增益介质，温度控制器用于控制增益介质的温度，所述处理器用于执行以下步骤：
S100，获取增益介质对应的目标增益介质材料。
S200，根据目标增益介质材料和预设的增益介质材料属性列表，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型；其中，增益介质材料属性列表包括p行q列，每一行对应一种增益介质材料，其中一列对应增益介质材料的隶属函数类型。
S300，将目标增益介质材料对应的隶属函数类型确定为温度控制器对应的隶属函数类型，并根据确定出的隶属函数类型确定温度控制器对应的隶属函数，以通过温度控制器对应的隶属函数对增益介质进行温度控制。
S400，获取温度控制器控制的增益介质当前的温度偏差ρ和和温度偏差变化率ρc；其中，ρ＝T1-T2；T1为增益介质的设定温度，T2为增益介质当前的实际温度；ρc＝(ρ-ρ′)/TU；ρ′为与ρ相邻的上一次测量的温度偏差，TU为相邻两次温度测量的时间间隔。
S500，若ρ＞DU或ρc＞TE，则获取温度控制器的第一性能值GT1、第二性能值GT2、第三性能值GT3和第四性能值GT4；其中，DU为目标增益介质材料对应的温度偏差阈值，TE为目标增益介质材料对应的温度偏差变化率阈值；GT1为温度控制器在时间乘绝对误差积分准则对应的性能值、GT2为温度控制器在绝对误差积分准则对应的性能值、GT3为温度控制器在时间乘平方误差积分准则对应的性能值、GT4为温度控制器在平方误差积分准则对应的性能值。
S600，若GT1＞WQ1，GT2＞WQ2，GT3＞WQ3或GT4＞WQ4，则对温度控制器对应的隶属函数的参数进行优化；其中，WQ1为预设的时间乘绝对误差积分准则对应的性能阈值，WQ2为预设的绝对误差积分准则对应的性能阈值，WQ3为预设的时间乘平方误差积分准则对应的性能阈值，WQ4为预设的平方误差积分准则对应的性能阈值。
根据本申请的另一方面，还提供了一种非瞬时性计算机可读存储介质，存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现上述增益介质材料温度控制方法。
根据本申请的另一方面，还提供了一种电子设备，包括处理器和上述非瞬时性计算机可读存储介质。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明的增益介质材料温度控制方法，在对增益介质的温度控制过程中，获取当前的温度偏差和和温度偏差变化率，若当前的温度偏差大于温度偏差阈值或温度偏差变化率大于温度偏差变化率阈值，表示当前的温度控制已经不准确；则获取温度控制器的第一性能值GT1、第二性能值GT2、第三性能值GT3和第四性能值GT4，然后分别与对应的性能阈值比对，任一性能值大于对应的性能阈值，则表示当前的温度控制器的性能有所下降，需要对温度控制器对应的隶属函数的参数进行优化，以使温度控制器保持较好的性能，从而确保增益介质温度控制的精度。
进一步的，本发明中还根据增益介质对应的目标增益介质材料来确定对应的隶属函数类型，并非根据经验确定隶属函数类型；由此，使得所选择的隶属函数类型与增益介质更加的匹配，进一步提高后续温度控制的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的增益介质材料温度控制方法的流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作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。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其他方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其他结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
下面将参照图1所述的增益介质材料温度控制方法的流程图，对一种增益介质材料温度控制方法进行介绍。
所述方法应用于光束输出装置，所述光束输出装置包括光源元器件、增益介质腔元器件、温度控制器，温度控制器包括处理器；其中，光源元器件能够发出光束至增益介质腔中的增益介质，温度控制器用于控制增益介质的温度，所述处理器用于执行以下步骤：
S100，获取增益介质对应的目标增益介质材料。
本实施例中，光束输出装置可以理解为半导体激光器，光源元器件可以理解为生成泵浦光的元器件，光源元器件发出光束至增益介质腔中的增益介质，增益介质为半导体材料，即本申请中所述得到目标增益介质材料；增益介质材料有多种，能够确定出增益介质对应的是哪一种增益介质材料，以得到目标增益介质材料。
S200，根据目标增益介质材料和预设的增益介质材料属性列表，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型；其中，增益介质材料属性列表包括p行q列，每一行对应一种增益介质材料，其中一列对应增益介质材料的隶属函数类型。
本实施例中，预设的增益介质材料属性列表中包括p种增益介质材料，每一种增益介质材料对应有若干属性，例如，某一增益介质材料在目标光束的照射下所蹦出的原子量级，在目标光束的照射下的温度以及对应的隶属函数类型等；对于每一种增益介质材料，均能够预先确定对应的隶属函数类型。
本实施例中，以目标增益介质材料为例，目标增益介质材料对应的隶属函数类型的确定包括以下步骤：
S210，获取目标增益介质材料在每一预设的时间段内发光时对应的初始温度向量，以得到初始温度向量列表A＝(A1，A2，…，Ae，…，Au)，e＝1，2，…，u；其中，Ae为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时对应的初始温度向量，u为预设的时间段的数量；Ae＝(Ae，1，Ae，2，Ae，3，Ae，4，Ae，5)；Ae，1为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时对应的平均室温，Ae，2为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时的最大温度，Ae，3为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时的功率变化率，Ae，4为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时生成光束的波长，Ae，5为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时的平均功率；目标增益介质材料在每一时间段内发光时的初始温度相同。
本实施例中，设置光源元器件的输入电流为预设的固定电流，生成光束至增益介质对应的目标增益介质材料，目标增益介质材料在发光时会对应有若干参数，能够获取到目标增益介质材料在每一预设的时间段内发光时的平均室温、最大温度、功率变化率、生成光束的波长以及平均功率；需要说明的是，每一预设的时间段的时长相同，例如，时间段的时长为10分钟、20分钟或1小时等；平均室温可以通过在每一时间段内采集多个室温，然后求均值的方式确定；目标增益介质材料的最大温度可以通过在每一时间段内采集多个目标增益介质材料的温度，然后求最大温度的方式确定；功率变化率以及平均功率可以通过获取增益介质材料发光时对应的多个功率，求多个功率的均值，确定平均功率，然后获取最大功率和最小功率确定，确定功率变化率；光束的波长可以通过获取多个光束的波长求均值的方式确定；需要说明的是，可以通过冷却的方式使得目标增益介质材料在每一时间段内发光时的初始温度相同。
S220，对A中每一温度向量进行归一化处理，以得到中间温度向量列表A′＝(A′1，A′2，…，A′e，…，A′u)；其中，A′e为Ae对应的中间温度向量；A′e＝(A′e，1，A′e，2，A′e，3，A′e，4，A′e，5)；A′e，1为Ae，1对应的归一化值，A′e，2为Ae，2对应的归一化值，A′e，3为Ae，3对应的归一化值，A′e，4为Ae，4对应的归一化值，A′e，5为Ae，5对应的归一化值；A′e，1＝Ae，1/maxAe，1；A′e，2＝Ae，2/maxAe，2；A′e，3＝Ae，3/maxAe，3；A′e，4＝Ae，4/maxAe，4；A′e，5＝Ae，5/maxAe，5；maxAe，1为A中所有的平均室温中的最大平均室温，maxAe，2为A中所有的最大温度中的最大值，maxAe，3为A中所有的功率变化率中的最大功率变化率，maxAe，4为A中所有的波长中的最大波长，maxAe，5为A中所有的平均功率中的最大平均功率。
S230，根据A′，获取每一中间温度向量对应的评价值，以得到评价值列表MA＝(MA1，MA2，…，MAe，…，MAu)；其中，MAe为A′e对应的评价值；MAe＝(A′e，1+A′e，2+A′e，3+A′e，4+A′e，5)/5。
本实施例中，可以理解的是，每一中间温度向量内的元素的值均处于0到1的范围内，因此，每一中间温度向量对应的评价值均处于0到1的范围内，由此，能够较好的通过评价值评判每一中间温度向量。
S240，采用预设的聚类算法，将A′中所有的中间温度向量聚类为y个簇，以得到簇列表B＝(B1，B2，…，Bx，…，By)，x＝1，2，…，y；其中，Bx为对A′中所有的中间温度向量进行聚类得到的第x个簇；Bx＝(Bx，1，Bx，2，…，Bx，ε，…，Bx，f(x))，ε＝1，2，…，f(x)；Bx，ε为对A′中所有的中间温度向量进行聚类得到的第x个簇中的第ε个中间温度向量，f(x)为Bx内中间温度向量的数量。
本实施例中，预设的聚类算法可以为DBSCAN聚类算法，该聚类算法为无监督聚类算法，不用预设簇的数量，聚类效果较好；可以理解的是，每一簇内的所有中间温度向量之间的相似度是较高的，簇内中间温度向量的数量越多，表示目标增益介质材料工作时所处的状态与该簇内中间温度向量整体所表征的目标增益介质材料工作是的状态相近。
S250，获取每一簇内向量的数量，以得到B对应的簇内向量数量列表NUM＝(NUM1，NUM2，…，NUMx，…，NUMy)；其中，NUMx为Bx内中间温度向量的数量。
S260，根据MA和B，获取每一簇对应的评价值，以得到B对应的评价值列表MB＝(MB1，MB2，…，MBx，…，MBy)；其中，MBx为Bx对应的评价值；MBx＝1/f(x)×∑f(x) ε＝1MBx，ε；MBx，ε为Bx，ε对应的评价值。
本实施例中，通过上述步骤，将每一簇转换为一个点，每一点关联有对应的簇内中间温度向量的数量和评价值，以便于后续构建目标增益介质材料对应的参考曲线。
S270，根据NUM和MB，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型。
具体的，根据NUM和MB，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型，包括以下步骤：
S271，根据NUM和MB，确定B中每一簇在预设的直角坐标系中对应的坐标，以得到簇坐标列表ZB＝(ZB1，ZB2，…，ZBx，…，ZBy)；其中，ZBx为Bx对应的坐标；ZBx＝(ZBx，1，ZBx，2)；ZBx，1为Bx在预设的直角坐标系中对应的横坐标，ZBx，2为Bx在预设的直角坐标系中对应的纵坐标；ZBx，1＝MBx，ZBx，2＝NUMx。
S272，在直角坐标系中，将ZB中的每一坐标进行拟合生成目标增益介质材料对应的参考曲线QX。
本实施例中，需要说明的是，本领域技术人员能够根据实际需要采用现有的曲线拟合方法，将ZB中的每一坐标进行拟合生成目标增益介质材料对应的参考曲线QX，此处不加赘述。
S273，根据QX和每一已知类型的隶属函数对应的隶属函数曲线，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型。
本实施例中，能够预先获取已知类型的若干隶属函数对应的隶属函数曲线，例如，高斯型隶属函数、广义钟型隶属函数、三角形隶属函数等；每一隶属函数对应的隶属函数曲线的形状是不同的，能够获取QX与每一已知隶属函数对应的隶属函数曲线的相似度，以得到TY；需要说明的是，本领域技术人员能够根据实际需要，采用现有的曲线相似度获取方法，获取QX与每一已知类型的隶属函数对应的隶属函数曲线的相似度，此处不加赘述。
进一步的，步骤S273包括以下步骤：
S10，获取QX与每一已知类型的隶属函数对应的隶属函数曲线的相似度，以得到相似度列表TY＝(TY1，TY2，…，TYη，…，TYδ)，η＝1，2，…，δ；其中，TYη为QX与第η个已知类型的隶属函数对应的隶属函数曲线的相似度，δ为已知隶属函数类型的数量。
S20，获取目标相似度MTY＝MAX(TY)；其中，MAX()为预设的求最值函数。
S30，将MTY对应的隶属函数类型确定为目标增益介质材料对应的隶属函数类型。
本实施例中，根据增益介质对应的实际的目标增益介质材料，来确定温度控制中所用的隶属函数类型，能够避免温度控制中所选择的隶属函数与增益介质实际对应的增益介质材料不相符，导致温度控制精度较差的问题发生，从而提高对增益介质温度控制的精度。
进一步的，本实施例中，可以将现有的每一增益介质材料均按照上述实施例中的方法确定出对应的隶属函数类型，同时将每一增益介质材料对应的隶属函数类型添加至预设的增益介质材料属性列表中，后续温度控制中，能够根据增益介质对应的增益介质材料的不同直接选择对应的隶属函数，以提高对增益介质温度控制的精度。
需要说明的是，在确定出目标增益介质材料对应的隶属函数类型之后，可以采用粒子群算法对确定出的隶属函数的参数进行优化，以得到最优的参数，进而得到目标增益介质材料对应的隶属函数。
本实施例的增益介质材料隶属函数类型确定方法，将目标增益介质材料对应的初始温度向量进行归一化处理，得到中间温度向量，并获取每一中间温度向量对应的评价值，以得到目标增益介质材料对应的评价值列表；然后对目标增益介质材料对应的所有的中间温度向量进行聚类，得到簇列表；最后根据评价值列表和簇列表，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型；由于在构建目标增益介质材料对应的初始温度向量时，是基于目标增益介质材料发光时对应的平均室温、最大温度、功率变化、光束的波长以及平均功率五个属性的值，使得后续中间温度向量的聚类更加准确，从而提高确定出的隶属函数与目标增益介质材料的匹配度，使得通过确定出的隶属函数对增益介质材料的温度控制的精度较高。
S300，将目标增益介质材料对应的隶属函数类型确定为温度控制器对应的隶属函数类型，并根据确定出的隶属函数类型确定温度控制器对应的隶属函数，以通过温度控制器对应的隶属函数对增益介质进行温度控制。
本实施例中，需要说明的是，本领域技术人员能够根据实际需要采用现有的模糊控制方法以及确定出的隶属函数类型，控制增益介质的温度，此处不加赘述。
S400，获取温度控制器控制的增益介质当前的温度偏差ρ和和温度偏差变化率ρc；其中，ρ＝T1-T2；T1为增益介质的设定温度，T2为增益介质当前的实际温度；ρc＝(ρ-ρ′)/TU；ρ′为与ρ相邻的上一次测量的温度偏差，TU为相邻两次温度测量的时间间隔。
本实施例中，在对增益介质的温度控制过程中，对应有设定温度和实际温度，由此，能够确定当前的温度偏差，在根据相邻两次温度测量的时间间隔，能够确定出温度偏差变化率。
S500，若ρ＞DU或ρc＞TE，则获取温度控制器的第一性能值GT1、第二性能值GT2、第三性能值GT3和第四性能值GT4；其中，DU为目标增益介质材料对应的温度偏差阈值，TE为目标增益介质材料对应的温度偏差变化率阈值；GT1为温度控制器在时间乘绝对误差积分准则对应的性能值、GT2为温度控制器在绝对误差积分准则对应的性能值、GT3为温度控制器在时间乘平方误差积分准则对应的性能值、GT4为温度控制器在平方误差积分准则对应的性能值。
本实施例中，可以采用以预设的时间间隔获取增益介质的温度偏差和温度偏差变化率，然后分别与温度偏差阈值以及温度偏差变化率阈值进行比较，来判断是否需要对温度控制器的性能进行评估。
需要说明的是，本领域技术人员能够根据实际需要采用现有的时间乘绝对误差积分准则、绝对误差积分准则、时间乘平方误差积分准则以及平方误差积分准则分别确定出GT1、GT2、GT3以及GT4，此处不加赘述。
具体的，DU通过以下步骤确定：
S510，根据A，获取目标增益介质材料在每一预设时间段内的最大温度，以得到最大温度列表HT＝(A1，2，A2，2，…，Ae，2，…，Au，2)。
S520，根据HT，获取目标增益介质材料在每一预设时间段内的温度偏差，以得到温度偏差列表KT＝(KT1，KT2，…，KTe，…，KTu)；其中，KTe为目标增益介质材料在第e个预设时间段对应的温度偏差；KTe＝SF-Ae，2；SF为标准温度。
本实施例中，可以将基于目标增益介质材料的半导体激光器输入固定的电流，使其正常生成激光，在半导体激光器生成激光的过程中，能够获取目标增益介质材料在每一预设时间段内的最大温度；在半导体激光器输入固定电流时，目标增益介质材料对应有理论上的标准温度SF。
S530，根据KT，确定DU＝1/u×∑u e＝1KTe。
本实施例中，DU是基于多个预设时间段内的最大温度确定的，由此，能够避免某一最大温度发生突变而导致DU不准确。
具体的，TE通过以下步骤确定：
S540，根据KT，获取相邻两个预设时间段之间的温度偏差变化率，以得到温度偏差变化率列表LT＝(LT1，LT2，…，LTv，…，LTu-1)，v＝1，2，…，u-1；其中，LT1为KT1和KT2之间的温度偏差变化率；LTv＝(KTv+1-KTv)/PU；PU为相邻两个预设时间段时间的时间间隔。
S550，根据LT，确定TE＝(1/u-1)×∑u-1 v＝1LTv。
本实施例中，LT是基于多个温度偏差变化率确定的，由此，能够避免某一温度偏差变化率误差较大而导致LT不准确的问题。
需要说明的是，本实施例中的DU和LT是基于目标增益介质材料工作过程中的温度特性得到的，相较于根据经验直接设定阈值，通过本实施例中的方法确定的DU和LT更加合理，也能够较好与目标增益介质材料实际工作过程中的温度特性相匹配，从而提高判断的准确性。
S600，若GT1＞WQ1，GT2＞WQ2，GT3＞WQ3或GT4＞WQ4，则对温度控制器对应的隶属函数的参数进行优化；其中，WQ1为预设的时间乘绝对误差积分准则对应的性能阈值，WQ2为预设的绝对误差积分准则对应的性能阈值，WQ3为预设的时间乘平方误差积分准则对应的性能阈值，WQ4为预设的平方误差积分准则对应的性能阈值。
本实施例中，WQ1、WQ2、WQ3和WQ4可以根据经验确定，若GT1＞WQ1，GT2＞WQ2，GT3＞WQ3或GT4＞WQ4，表示温度控制器当前的性能已经不能够满足预设条件，此时，则需要对温度控制器对应的隶属函数的参数进行优化，例如，可以采用粒子群算法对隶属函数的参数进行再次优化。
本实施例的增益介质材料温度控制方法，在对增益介质的温度控制过程中，获取当前的温度偏差和和温度偏差变化率，若当前的温度偏差大于温度偏差阈值或温度偏差变化率大于温度偏差变化率阈值，表示当前的温度控制已经不准确；则获取温度控制器的第一性能值GT1、第二性能值GT2、第三性能值GT3和第四性能值GT4，然后分别与对应的性能阈值比对，任一性能值大于对应的性能阈值，则表示当前的温度控制器的性能有所下降，需要对温度控制器对应的隶属函数的参数进行优化，以使温度控制器保持较好的性能，从而提高增益介质温度控制的精度。
在一实例性的实施例中，为了使得温度控制的效果更好，提供一种确定目标增益介质材料对应的隶属函数的论域的方法，该方法包括以下步骤：
S700，将MB中的评价值按照从小到大的顺序进行排序，以得到B对应的排序后的评价值列表MB′＝(MB′1，MB′2，…，MB′s，…，MB′y)，s＝1，2，…，y；其中，MB′s为将MB中的评价值按照从小到大的顺序进行排序得到的第s个评价值。
S710，若目标增益介质材料对应的隶属函数为高斯型隶属函数，且y为奇数，则将MB′确定为目标增益介质材料对应的隶属函数的论域。
本实施例中，根据每一簇对应的评价值确定目标增益介质材料对应的隶属函数的论域，相较于根据经验确定隶属函数的论域，更具有依据，论域的确定也更加合理；另外，每一簇对应的评价值是根据初始温度向量转换而来，是与目标增益介质材料的温度特性密切相关的，由此，通过本实施例中的方法确定出的隶属函数的论域，在后续温度控制过程中，使得温度控制更加精准。
进一步的，在步骤S710之后，所述方法还包括以下步骤：
S720，若目标增益介质材料对应的隶属函数为高斯型隶属函数，且y为偶数，则获取扩充值KB＝(MB′y/2+MB′y/2+1)/2。
可以理解的是，高斯型隶属函数的论域内的元素的数量是奇数，而本申请中，聚类得到的簇的数量y是有可能为偶数的，当y为偶数时，则不能够直接将y确定为隶属函数的论域内的元素的数量，需要再添加一个中心点KB。
S730，将KB添加至MB′中MB′y/2与MB′y/2+1之间，以得到扩充后的评价值列表。
S740，将扩充后的评价值列表确定为目标增益介质材料对应的隶属函数的论域。
本实施例中，通过上述方法，即使目标增益介质材料对应的隶属函数为高斯型隶属函数且y为偶数，也能够将评价值列表扩充为隶属函数的论域，提高了隶属函数的论域确定的灵活度。
进一步的，在步骤S710之后，所述方法还包括以下步骤：
S750，若目标增益介质材料对应的隶属函数不为高斯型隶属函数，则将MB′中的每一评价值确定为目标增益介质材料对应的隶属函数的论域中的元素。
本实施例中，除了高斯型隶属函数以外的其它隶属函数为非对称函数，其对应的论域内的元素不一定必须为奇数，因此，可以将MB′中的每一评价值确定为目标增益介质材料对应的隶属函数的论域中的元素。
在一示例性的实施例中，增益介质对应的目标增益介质材料可以通过以下步骤确定：
S800，响应于光源元器件发出目标光束至增益介质腔中，获取从增益介质腔中蹦出的初始原子量级E′；其中，光源元器件发出的目标光束的波长通过光源元器件对应的电流进行控制。
本实施例中，光束输出装置可以理解为半导体激光器，光源元器件可以理解为生成泵浦光的元器件，光源元器件发出光束至增益介质腔中的增益介质，增益介质为半导体材料，即本申请中所述的增益介质材料，增益介质在光源元器件发出的光束的作用下，会蹦出初始原子量级，初始原子量级经过后续的反射镜的受激辐射生成激光；在增益介质腔蹦出初始原子量级时，能够获取到该初始原子量级；需要说明的是，光源元器件发出的光束的波长是固定的，波长可以通过光源元器件的输入电流进行控制。
S810，根据预设的增益介质材料属性列表，获取每一增益介质材料在目标光束的波长下对应的原子量级，以得到原子量级列表E＝(E1，E2，…，Ei，…，En)，i＝1，2，…，n；其中，Ei为增益介质材料属性列表中的第i中增益介质材料对应的原子量级，n为增益介质材料属性列表中增益介质材料的数量；增益介质材料属性列表包括p行q列，每一行对应一种增益介质材料，每一列对应一种增益介质材料的属性；增益介质材料的属性包括增益介质材料对应的原子量级。
本实施例中，预设的增益介质材料属性列表中包括p种增益介质材料，每一种增益介质材料对应有若干属性，例如，某一增益介质材料在目标光束的照射下所蹦出的原子量级，在目标光束的照射下的温度等；对于每一种增益介质材料，均能够预先在目标光束下得到对应的原子量级；能够将增益介质材料属性列表中的每一增益介质材料在目标光束的波长下对应的原子量级获取，以得到E。
S820，遍历E，若|E′-Ei|＜ΔE，则将Ei对应的增益介质材料确定为中间增益介质材料，以得到中间增益介质材料列表W＝(W1，W2，…，Wj，…，Wm)，j＝1，2，…，m；其中，Wj为确定出的第j个中间增益介质材料，m为确定出的中间增益介质材料的数量；ΔE为预设的原子量级差阈值。
本实施例中，预设的原子量级差阈值可以通过对应若干增益介质材料进行多次试验得到；可以理解的是，即使同一增益介质材料，在不同的条件下，所蹦出的原子量级也是存在差异的，因此，本实施例中，所得到的中间增益介质材料的数量并不是固定值。
S830，若m＝1，则将W1确定为增益介质腔中的增益介质对应的增益介质材料。
可以理解的是，若m＝1，说明只确定出一种中间增益介质材料，可直接将该中间增益介质材料确定为增益介质对应的增益介质材料，从而达到确定出增益介质为哪一种增益介质材料的目的。
进一步的，在步骤S830之后，所述处理器还用于执行以下步骤：
S840，若m＞1，则控制光源元器件对应的电流递增，以得到若干递增电流；其中，光源元器件输入每一递增电流时，增益介质腔中均能够蹦出中间原子量级以生成对应的中间光束。
本实施例中，若m＞1，则表示确定出的中间增益介质材料为多种，存在多种增益介质材料与增益介质实际的增益介质材料较为相似，需要通过其它方式确定出增益介质实际对应的增益介质材料；具体的，改变光源元器件对应的输入电流的大小，使得光源元器件对应的输入电流递增，以得到若干递增电流；例如，光源元器件的初始电流为20毫安，将光源元器件的时输入电流增大至25毫安、30毫安等；每一递增电流下，从增益介质腔中蹦出的中间原子量级均生成对应的中间光束。
S841，获取每一中间光束的波长以及生成每一中间光束时增益介质的温度，以得到中间光束波长温度列表集Y＝(Y1，Y2，…，Yr，…，Yk)，r＝1，2，…，k；其中，Yr为获取到的第r个电流对应的中间光束波长温度列表，k为获取到的中间光束波长温度列表的数量；Yr＝(Yr，1，Yr，2)，Yr，1为第r个中间光束的波长，Yr，2为生成第r个中间光束时增益介质的温度。
可以理解的是，在不同的输入电流下，增益介质所对应的温度也不同，当增益介质的温度不同时，从增益介质中发出的光的波长会发生红移现象，导致光的波长与实际的波长发生偏差；基于此，能够获取Y。
S842，根据Y，确定增益介质对应的中间光束波长温度波动率，以得到中间光束波长温度波动率列表α＝(α1，α2，…，αh，…，αk-1)，h＝1，2，…，k-1；其中，αh为增益介质对应的第h个中间光束波长温度波动率；αh＝(Yh+1，1-Yh，1)/(Yh+1，2-Yh，2)。
S843，根据α，确定增益介质对应的目标光束波长温度波动率α′＝∑k-1 h＝1αh。
本实施例中，目标光束波长温度波动率是通过对多个中间光束波长温度波动率求均值得到，由此，能够避免某一数据突变而导致目标光束波长温度波动率不准确的情况发生。
S844，根据α′和预设的增益介质材料属性列表，确定所述增益介质对应的增益介质材料；其中，增益介质材料属性列表中增益介质材料的属性还包括对应的光束波长温度波动率。
本实施例中，预设的增益介质材料属性列表中还包括有每一增益介质材料对应的已知的光束波长温度波动率；每一增益介质材料对应的光束波长温度波动率可以通过大量试验预先得到，也可以通过参照每一半导体材料的具体特性计算得到。
进一步的，步骤S844包括以下步骤：
S1，获取增益介质材料属性列表中每一增益介质材料对应的光束波长温度波动率，以得到初始光束波长温度波动率集β＝(β1，β2，…，βe，…，βp)，e＝1，2，…，p；其中，βe为增益介质材料属性列表中第e个增益介质材料对应的光束波长温度波动率。
S2，遍历β，若|α′-βe|＜Δβ，则将βe对应的增益介质材料确定为增益介质对应的增益介质材料；其中，Δβ为预设的光束波长温度波动率差阈值。
本实施例中，若|α′-βe|＜Δβ，则表示βe对应的增益介质材料的光束波长温度波动率与增益介质实际的增益介质材料对应的光束波长温度波动率最接近，可将βe对应的增益介质材料确定为增益介质对应的增益介质材料；本实施例中，由于，目标光束波长温度波动率是通过对多个中间光束波长温度波动率求均值得到，避免来了某一数据突变而导致目标光束波长温度波动率不准确的情况发生，从而使得确定出的增益介质对应的增益介质材料更为精准。
进一步的，在步骤S830之后，所述处理器还用于执行以下步骤：
S900，若m＝0，则将光源元器件对应的电流I1增大至I2，使得光源元器件在电流I2时发出光束至增益介质腔中；其中，I1与E′对应。
本实施例中，若m＝0，则表示增益介质材料属性列表中的原子量级与初始原子量级的差值均大于等于ΔE，无法确定出增益介质对应的增益介质材料；此时，则需要增大光源元器件的输入电流至I2。
S910，获取光源元器件对应的电流为I2时增益介质腔中蹦出的原子量级E′1。
S920，根据I1、I2、E′和E′1，确定增益介质对应的电流原子量级变化率TG＝(E′1-E′)/(I2-I1)。
S930，根据TG和预设的增益介质材料属性列表，确定增益介质对应的目标增益介质材料；其中，增益介质材料属性列表中增益介质材料的属性还包括对应的电流原子量级变化率。
具体的，可以获取增益介质材料属性列表中每一增益介质材料对应的电流原子量级变化率，然后将TG与增益介质材料属性列表中每一增益介质材料对应的电流原子量级变化率进行求差值，将差值在预设范围内的电流原子量级变化率对应的增益介质材料确定为增益介质对应的增益介质材料；另外，如果确定出的增益介质对应的增益介质材料的数量大于1，则可以通过步骤S500-S540中的方法进行精确确定增益介质对应的增益介质材料。
进一步的，在步骤S830之后，所述处理器还用于执行以下步骤：
S1000，从预设的增益介质材料属性列表中获取目标增益介质材料对应的隶属函数类型。
S1100，使用目标增益介质材料对应的隶属函数类型对增益介质的温度进行控制。
本实施例中，半导体激光器在工作的时候，通常需要精确控制增益介质的温度，以避免发生红移现象；上述实施例中，确定出增益介质对应的目标增益介质材料后，可以选择目标增益介质材料对应的隶属函数来对增益介质进行温度控制，以达到较好的温度控制效果。
本实施例的增益介质材料确定方法，获取从增益介质腔中蹦出的初始原子量级，初始原子量级对应有固定的电流；将初始原子量级和预设的增益介质材料属性列表中的每一原子量级进行比对，如果增益介质材料属性列表中的某一原子量级与初始原子量级的差值小于预设的原子量级差阈值，则将该原子量级对应的增益介质材料确定为增益介质对应的增益介质材料，从而达到现确定增益介质具体为哪一种增益介质材料的目的，进而根据确定出的具体的增益介质材料的属性选择激光生成的控制策略，使得生成的激光的波长的精度较高。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
本发明的实施例还提供了一种非瞬时性计算机可读存储介质，该存储介质可设置于电子设备之中以保存用于实现方法实施例中一种方法相关的至少一条指令或至少一段程序，该至少一条指令或该至少一段程序由该处理器加载并执行以实现上述实施例提供的方法。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本发明的实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和前述的非瞬时性计算机可读存储介质。
根据本申请的这种实施方式的电子设备。电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
电子设备以通用计算设备的形式表现。电子设备的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器、上述至少一个储存器、连接不同系统组件(包括储存器和处理器)的总线。
其中，所述储存器存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理器执行，使得所述处理器执行本说明书中描述的各种实施例中的步骤。
储存器可以包括易失性储存器形式的可读介质，例如随机存取储存器(RAM)和/或高速缓存储存器，还可以进一步包括只读储存器(ROM)。
储存器还可以包括具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，这样的程序模块包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括储存器总线或者储存器控制器、外围总线、图形加速端口、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且，电子设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器通过总线与电子设备的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
本发明的实施例还提供一种计算机程序产品，其包括程序代码，当所述程序产品在电子设备上运行时，所述程序代码用于使该电子设备执行本说明书上述描述的根据本发明各种示例性实施方式的方法中的步骤。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本发明的范围和精神。本发明开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种增益介质材料温度控制方法，其特征在于，所述方法应用于光束输出装置，所述光束输出装置包括光源元器件、增益介质腔元器件、温度控制器，温度控制器包括处理器；其中，光源元器件能够发出光束至增益介质腔中的增益介质，温度控制器用于控制增益介质的温度，所述处理器用于执行以下步骤：
S100，获取增益介质对应的目标增益介质材料；
S200，根据目标增益介质材料和预设的增益介质材料属性列表，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型；其中，增益介质材料属性列表包括p行q列，每一行对应一种增益介质材料，其中一列对应增益介质材料的隶属函数类型；
S300，将目标增益介质材料对应的隶属函数类型确定为温度控制器对应的隶属函数类型，并根据确定出的隶属函数类型确定温度控制器对应的隶属函数，以通过温度控制器对应的隶属函数对增益介质进行温度控制；
S400，获取温度控制器控制的增益介质当前的温度偏差ρ和温度偏差变化率ρc；其中，ρ＝T1-T2；T1为增益介质的设定温度，T2为增益介质当前的实际温度；ρc＝(ρ-ρ′)/TU；ρ′为与ρ相邻的上一次测量的温度偏差，TU为相邻两次温度测量的时间间隔；
S500，若ρ＞DU或ρc＞TE，则获取温度控制器的第一性能值GT1、第二性能值GT2、第三性能值GT3和第四性能值GT4；其中，DU为目标增益介质材料对应的温度偏差阈值，TE为目标增益介质材料对应的温度偏差变化率阈值；GT1为温度控制器在时间乘绝对误差积分准则对应的性能值、GT2为温度控制器在绝对误差积分准则对应的性能值、GT3为温度控制器在时间乘平方误差积分准则对应的性能值、GT4为温度控制器在平方误差积分准则对应的性能值；
S600，若GT1＞WQ1，GT2＞WQ2，GT3＞WQ3或GT4＞WQ4，则对温度控制器对应的隶属函数的参数进行优化；其中，WQ1为预设的时间乘绝对误差积分准则对应的性能阈值，WQ2为预设的绝对误差积分准则对应的性能阈值，WQ3为预设的时间乘平方误差积分准则对应的性能阈值，WQ4为预设的平方误差积分准则对应的性能阈值。
2.根据权利要求1所述的增益介质材料温度控制方法，其特征在于，目标增益介质材料对应的隶属函数类型通过以下步骤确定：
S210，获取目标增益介质材料在每一预设的时间段内发光时对应的初始温度向量，以得到初始温度向量列表A＝(A1，A2，…，Ae，…，Au)，e＝1，2，…，u；其中，Ae为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时对应的初始温度向量，u为预设的时间段的数量；Ae＝(Ae，1，Ae，2，Ae，3，Ae，4，Ae，5)；Ae，1为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时对应的平均室温，Ae，2为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时的最大温度，Ae，3为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时的功率变化率，Ae，4为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时生成光束的波长，Ae，5为目标增益介质材料在第e个时间段内发光时的平均功率；目标增益介质材料在每一时间段内发光时的初始温度相同；
S220，对A中每一温度向量进行归一化处理，以得到中间温度向量列表A′＝(A′1，A′2，…，A′e，…，A′u)；其中，A′e为Ae对应的中间温度向量；A′e＝(A′e，1，A′e，2，A′e，3，A′e，4，A′e，5)；A′e，1为Ae，1对应的归一化值，A′e，2为Ae，2对应的归一化值，A′e，3为Ae，3对应的归一化值，A′e，4为Ae，4对应的归一化值，A′e，5为Ae，5对应的归一化值；A′e，1＝Ae，1/maxAe，1；A′e，2＝Ae，2/maxAe，2；A′e，3＝Ae，3/maxAe，3；A′e，4＝Ae，4/maxAe，4；A′e，5＝Ae，5/maxAe，5；maxAe，1为A中所有的平均室温中的最大平均室温，maxAe，2为A中所有的最大温度中的最大值，maxAe，3为A中所有的功率变化率中的最大功率变化率，maxAe，4为A中所有的波长中的最大波长，maxAe，5为A中所有的平均功率中的最大平均功率；
S230，根据A′，获取每一中间温度向量对应的评价值，以得到评价值列表MA＝(MA1，MA2，…，MAe，…，MAu)；其中，MAe为A′e对应的评价值；MAe＝(A′e，1+A′e，2+A′e，3+A′e，4+A′e，5)/5；
S240，采用预设的聚类算法，将A′中所有的中间温度向量聚类为y个簇，以得到簇列表B＝(B1，B2，…，Bx，…，By)，x＝1，2，…，y；其中，Bx为对A′中所有的中间温度向量进行聚类得到的第x个簇；Bx＝(Bx，1，Bx，2，…，Bx，ε，…，Bx，f(x))，ε＝1，2，…，f(x)；Bx，ε为对A′中所有的中间温度向量进行聚类得到的第x个簇中的第ε个中间温度向量，f(x)为Bx内中间温度向量的数量；
S250，获取每一簇内向量的数量，以得到B对应的簇内向量数量列表NUM＝(NUM1，NUM2，…，NUMx，…，NUMy)；其中，NUMx为Bx内中间温度向量的数量；
S260，根据MA和B，获取每一簇对应的评价值，以得到B对应的评价值列表MB＝(MB1，MB2，…，MBx，…，MBy)；其中，MBx为Bx对应的评价值；MBx＝1/f(x)×∑f(x) ε＝1MBx，ε；MBx，ε为Bx，ε对应的评价值；
S270，根据NUM和MB，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型。
3.根据权利要求2所述的增益介质材料温度控制方法，其特征在于，步骤S270包括以下步骤：
S271，根据NUM和MB，确定B中每一簇在预设的直角坐标系中对应的坐标，以得到簇坐标列表ZB＝(ZB1，ZB2，…，ZBx，…，ZBy)；其中，ZBx为Bx对应的坐标；ZBx＝(ZBx，1，ZBx，2)；ZBx，1为Bx在预设的直角坐标系中对应的横坐标，ZBx，2为Bx在预设的直角坐标系中对应的纵坐标；ZBx，1＝MBx，ZBx，2＝NUMx；
S272，在直角坐标系中，将ZB中的每一坐标进行拟合生成目标增益介质材料对应的参考曲线QX；
S273，根据QX和每一已知类型的隶属函数对应的隶属函数曲线，确定目标增益介质材料对应的隶属函数类型。
4.根据权利要求3所述的增益介质材料温度控制方法，其特征在于，步骤S273包括以下步骤：
S10，获取QX与每一已知类型的隶属函数对应的隶属函数曲线的相似度，以得到相似度列表TY＝(TY1，TY2，…，TYη，…，TYδ)，η＝1，2，…，δ；其中，TYη为QX与第η个已知类型的隶属函数对应的隶属函数曲线的相似度，δ为已知隶属函数类型的数量；
S20，获取目标相似度MTY＝MAX(TY)；其中，MAX()为预设的求最值函数；
S30，将MTY对应的隶属函数类型确定为目标增益介质材料对应的隶属函数类型。
5.根据权利要求2所述的增益介质材料温度控制方法，其特征在于，DU通过以下步骤确定：
S510，根据A，获取目标增益介质材料在每一预设时间段内的最大温度，以得到最大温度列表HT＝(A1，2，A2，2，…，Ae，2，…，Au，2)；
S520，根据HT，获取目标增益介质材料在每一预设时间段内的温度偏差，以得到温度偏差列表KT＝(KT1，KT2，…，KTe，…，KTu)；其中，KTe为目标增益介质材料在第e个预设时间段对应的温度偏差；KTe＝SF-Ae，2；SF为标准温度；
S530，根据KT，确定DU＝1/u×∑u e＝1KTe。
6.根据权利要求5所述的增益介质材料温度控制方法，其特征在于，TE通过以下步骤确定：
S540，根据KT，获取相邻两个预设时间段之间的温度偏差变化率，以得到温度偏差变化率列表LT＝(LT1，LT2，…，LTv，…，LTu-1)，v＝1，2，…，u-1；其中，LT1为KT1和KT2之间的温度偏差变化率；LTv＝(KTv+1-KTv)/PU；PU为相邻两个预设时间段时间的时间间隔；
S550，根据LT，确定TE＝(1/u-1)×∑u-1 v＝1LTv。
7.根据权利要求2所述的增益介质材料温度控制方法，其特征在于，所述预设的聚类算法包括DBSCAN聚类算法。
8.一种非瞬时性计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，其特征在于，所述至少一条指令或所述至少一段程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1-7中任意一项所述的增益介质材料温度控制方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和权利要求8所述的非瞬时性计算机可读存储介质。
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