CN117424061A - 激光系统的温度控制方法、系统和计算机存储介质 - Google Patents

激光系统的温度控制方法、系统和计算机存储介质 Download PDF

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CN117424061A CN202311300306.4A CN202311300306A CN117424061A CN 117424061 A CN117424061 A CN 117424061A CN 202311300306 A CN202311300306 A CN 202311300306A CN 117424061 A CN117424061 A CN 117424061A
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聂嘉良
王李金
郑艺多
梁新栋
李昊杰
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Abstract

本申请提供一种激光系统的温度控制方法、系统和计算机存储介质。激光系统包括多个发热元件。激光系统的温度控制方法包括：对多个发热元件加载识别电压；获取被加载识别电压的多个发热元件的温度；根据多个发热元件的温度的变化，识别多个发热元件；分别对识别出的多个发热元件进行温度控制。发热元件被加载识别电压后，产生温度变化，不同的发热元件的温度变化不完全相同，根据多个发热元件的温度的变化，识别出多个发热元件，进而分别对多个发热元件进行温度控制，如此可以同时对多个发热元件进行温控，集成化程度高，操作方便。

Description

激光系统的温度控制方法、系统和计算机存储介质
技术领域
本申请涉及激光系统的温度控制技术领域，尤其涉及一种激光系统的温度控制方法、系统和计算机存储介质。
背景技术
超稳激光的性能优异，在光钟研制、基本常数标定、引力波探测等领域有重要的应用价值。超稳激光系统通常包括泵浦源、电光调制器(EOM)、光学参考腔、激光二极管、晶体等器件。环境温度的波动往往会影响激光频率，导致超稳激光失去其光谱纯度和时空相干性。因此为了减小激光器的频率漂移，需要对超稳激光系统的器件进行精密温控。
目前温控设备多为器件专用型，只能够针对特定器件进行温控，操作繁琐、集成化程度低。同时，针对不同被控器件，常常通过多级比例、积分、微分硬件电路进行组合来控制温度，进一步存在导致PID参数整定困难、规模复杂庞大、普适性差的问题。此外，稳频激光系统的温控设备仍需要具有大量PID参数调试经验的人员进行调试以适配具体的应用场景。
综上，提出一种集成化的、操作简单的，同时针对稳频激光系统的多个器件能够自适应参数调试的激光系统的温度控制方法迫在眉睫。
发明内容
本申请提供一种激光系统的温度控制方法、系统和计算机存储介质，集成化程度高，且操作方便。
本申请提供一种激光系统的温度控制方法，所述激光系统包括多个发热元件，所述激光系统的温度控制方法包括：
对所述多个发热元件加载识别电压；
获取被加载所述识别电压的所述多个发热元件的温度；
根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件；
分别对识别出的所述多个发热元件进行温度控制。
可选的，所述多个发热元件至少包括光学参考腔；所述根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件，包括：
若所述发热元件在所述识别电压下，温度持续上升，确定该发热元件为所述光学参考腔。
可选的，所述对所述多个发热元件加载识别电压，包括：
对所述多个发热元件加载方波电压。
可选的，所述多个发热元件至少包括激光二极管或电光调制器或晶体；
所述根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件，包括：
若所述发热元件在前半周期方波电压下温度上升，在后半周期方波电压下温度下降，确定该发热元件为所述激光二极管或所述电光调制器或所述晶体。
可选的，所述多个发热元件至少包括激光二极管、电光调制器和晶体；
所述根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件，包括：
在所述激光二极管、所述电光调制器和所述晶体的所述温度的变化率中，确定所述温度的变化率最大的所述发热元件为所述激光二极管；确定所述温度的变化率最小的所述发热元件为所述电光调制器；确定所述温度的变化率非最大且非最小的所述发热元件为所述晶体。
可选的，所述分别对识别出的所述多个发热元件进行温度控制，包括：
识别出所述多个发热元件后，分别获取所述多个发热元件的当前温度；
根据所述多个发热元件各自的所述当前温度和各自的目标温度，分别对所述多个发热元件进行温度控制。
可选的，所述根据所述多个发热元件各自的所述当前温度和各自的目标温度，分别对所述多个发热元件进行温度控制，包括：
对所述当前温度和所述目标温度进行混频，得到混频信号；
对所述混频信号进行滤波；
根据所述发热元件的温度的变化和经过滤波的所述混频信号，对所述发热元件进行温度控制。
可选的，所述根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件，包括：
将被加载所述识别电压的所述多个发热元件的多个时刻的所述温度输入元件识别模型，得到所述多个发热元件的识别结果。
本申请提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的激光系统的温度控制方法。
本申请还提供一种激光系统的温度控制系统，包括一个或多个处理器，用于执行如上述任一项所述的激光系统的温度控制方法。
在一些实施例中，发热元件被加载识别电压后，产生温度变化，不同的发热元件的温度变化不完全相同，根据多个发热元件的温度的变化，识别出多个发热元件，进而分别对多个发热元件进行温度控制，如此可以同时对多个发热元件进行温控，集成化程度高，操作方便。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1所示为本申请的激光系统和激光系统的温度控制系统的一个实施例的结构示意图。
图2所示为本申请的激光系统的温度控制方法的一个实施例的流程图。
图3所示为本申请的激光系统的发热元件加载方波电压的温度变化曲线图。
图4所示为图2所示的“分别对识别出的多个发热元件进行温度控制”步骤的一个实施例的流程图。
图5所示为本申请提供的激光系统的温度控制系统的一个实施例的结构框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的发热部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本申请实施例的激光系统包括多个发热元件。本申请实施例的激光系统的温度控制方法包括：对多个发热元件加载识别电压；获取被加载识别电压的多个发热元件的温度；根据多个发热元件的温度的变化，识别多个发热元件；分别对识别出的多个发热元件进行温度控制。发热元件被加载识别电压后，产生温度变化，不同的发热元件的温度变化不完全相同，根据多个发热元件的温度的变化，识别出多个发热元件，进而分别对多个发热元件进行温度控制，如此可以同时对多个发热元件进行温控，集成化程度高，操作方便。
本申请提供一种激光系统的温度控制方法、系统和计算机存储介质。下面结合附图，对本申请的激光系统的温度控制方法、系统和计算机存储介质进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
图1所示为本申请的激光系统和激光系统的温度控制系统19的一个实施例的结构示意图。如图1所示，激光系统包括多个发热元件。发热元件在被加载电压时，会产生温度变化。在一些实施例中，多个发热元件至少包括光学参考腔11。在一些实施例中，多个发热元件至少包括激光二极管12或电光调制器13或晶体14。在一些实施例中，多个发热元件至少包括激光二极管12、电光调制器13和晶体14。在图1所示的实施例中，多个发热元件包括光学参考腔11、激光二极管12、电光调制器13和晶体14。
激光系统包括激光器15，激光器15包括激光二极管12和晶体14。激光器15用于产生激光。电光调制器13通过在电光晶体上施加电场调制信号，改变电光晶体的折射率，进而对通过电光晶体的激光进行相位调制。激光器15产生的激光经过电光调制器13调制后，经过二分之一玻片161后，经过偏振分束棱镜17透射，再经过四分之一玻片162耦合后进入光学参考腔11。经过光学参考腔11反射的激光，携带光学参考腔11的共振信号，该激光经过四分之一玻片162后由偏振分束棱镜17反射到高速光电探测器181。射频信号源183输出的射频信号一路用于驱动电光调制器13，另一路经过相移器182与高速光电探测器181探测到的信号进行混频解调，再通过低通滤波器184滤除高频信号，得到误差信号。将误差信号输入给主控系统185，主控系统185通过控制算法控制激光器15的激光的功率，如此激光系统可以实现激光稳频控制。
当电光调制器13的温度受环境影响而变化时会对激光产生偏振效应，进而影响激光的调制。入射到电光晶体的激光偏振方向与电光晶体的主轴方向存在一定角度，不完全平行。因此，需要对电光调制器13进行温度控制。
激光二极管12的温度的变化也会影响光学参考腔11入射激光功率的抖动。例如，对于1064nm激光系统，如果想要控制激光偏移在0.2Hz/s，入射激光功率稳定必须要控制在10-4量级。因此，对于激光二极管12的温控也是有必要的。
光学参考腔11的长度稳定性直接决定了超稳激光的频率稳定性。因此，对于光学参考腔11的温控是有必要的。
激光系统的温度控制系统19分别向光学参考腔11、激光二极管12、电光调制器13和晶体14输出控制信号，用于控制上述器件的温度，保证激光系统的正常工作。
图2所示为本申请的激光系统的温度控制方法20的一个实施例的流程图。激光系统的温度控制方法20应用于激光系统的温度控制系统19。
激光系统的温度控制方法20包括：步骤21～步骤24。
步骤21，对多个发热元件加载识别电压。
发热元件在加载识别电压后，会产生温度变化。在一些实施例中，步骤21包括：对多个发热元件加载周期恒定的识别电压。由于发热元件的热惯性可能较大，加载周期恒定的识别电压可以更好反映多个发热元件的发热特性。在一些实施例中，步骤21包括：对多个发热元件加载低频识别电压。由于发热元件的温度变化需要一定时长，低频的识别电压可以减少发热元件的温度变化过快，温度变化不明显的现象。
步骤22，获取被加载识别电压的多个发热元件的温度。
在一些实施例中，多个发热元件分别包括多个温度传感器，通过获取多个温度传感器的信号，获取多个发热元件的温度。在一些实施例中，多个发热元件分别包括多个温敏电阻，通过温敏电阻的电压变化，获取发热元件的温度变化。
步骤23，根据多个发热元件的温度的变化，识别多个发热元件。
不同发热元件被加载识别电压后，其温度的变化不完全相同，根据多个发热元件的温度的变化，识别多个发热元件。在一些实施例中，激光系统的温度控制系统19根据发热元件的温度的变化，生成对应的发热元件的温度变化曲线，并根据温度变化曲线的性质，识别多个发热元件。
在一些实施例中，步骤23包括：若发热元件在识别电压下，温度持续上升，确定该发热元件为光学参考腔11。
光学参考腔11包括加热膜，通过加热膜控制其温度。而加热膜被加载识别电压时，无论电压正负，都会持续加热，因此光学参考腔11无论识别电压的正负，其温度都会持续上升，通过这一温度变化特性，可以确定光学参考腔11。
在一些实施例中，步骤21包括：对多个发热元件加载方波电压。步骤23包括：若发热元件在前半周期方波电压下温度上升，在后半周期方波电压下温度下降，确定该发热元件为激光二极管12或电光调制器13或晶体14。
激光二极管12、电光调制器13和晶体14分别包括温度控制器，用于控制温度。温度控制器在加载识别电压时，会根据电压的正负变化进行加热或制冷。在一些实施例中，当识别电压为正时，温度控制器加热；当识别电压为负时，温度控制器制冷。因此在加载的识别电压为方波时，激光二极管12、电光调制器13和晶体14的温度在前半周期方波电压下上升，在后半周期方波电压下下降，根据这一温度变化特性可以确定发热元件为激光二极管12或电光调制器13或晶体14。
在一些实施例中，步骤23包括：在激光二极管12、电光调制器13和晶体14的温度的变化率中，确定温度的变化率最大的发热元件为激光二极管12；确定温度的变化率最小的发热元件为电光调制器13；确定温度的变化率非最大且非最小的发热元件为晶体14。
在激光二极管12、电光调制器13和晶体14中，激光二极管12的散热面积较大，密封性较好，热沉特性好，升温和降温速率较快，因此确定温度的变化率最大的发热元件为激光二极管12。电光调制器13的升温和降温速率较慢，温度变化较为滞后，因此确定温度的变化率最小的发热元件为电光调制器13。晶体14的散热面积适中，密封性较差，其温度的变化率大于电光调制器13的温度变化率，且小于激光二极管12的温度的变化率，因此确定温度的变化率非最大且非最小的发热元件为晶体14。
图3所示为本申请的激光系统的发热元件加载方波电压的温度变化曲线图。如图3所示，对激光系统加载方波电压，曲线a、曲线b、曲线c在前半周期方波电压下上升，在后半周期方波电压下下降，其中，曲线a的斜率最大，因此曲线a为激光二极管12的温度变化曲线，曲线c的斜率最小，因此曲线c为电光调制器13的温度变化曲线，曲线b的斜率非最大且非最小，因此曲线b为晶体14的温度变化曲线。曲线d在前半周期方波电压和后半周期方波电压下，持续上升，因此曲线d为激光二极管12的温度变化曲线。通过识别各个发热元件的温度变化曲线，可以识别各个发热元件。
在一些实施例中，步骤23包括：将被加载识别电压的多个发热元件的多个时刻的温度输入元件识别模型，得到多个发热元件的识别结果。
由于多个发热元件在识别电压下的温度变化曲线是确定的，可以预先对多个发热元件的温度变化曲线建模，得到元件识别模型。在对激光系统的发热元件加载识别电压时，将多个发热元件的多个时刻的温度输入元件识别模型，通过元件识别模型得到多个发热元件的识别结果，识别出多个发热元件。如此不需要检测完整的多个发热元件的温度的变化，可以减少采样时间，提高识别速度。
步骤24，分别对识别出的多个发热元件进行温度控制。
在识别出多个发热元件后，分别向多个发热元件发送控制信号，对多个发热元件进行温度控制。
在一些实施例中，发热元件被加载识别电压后，产生温度变化，不同的发热元件的温度变化不完全相同，根据多个发热元件的温度的变化，识别出多个发热元件，进而分别对多个发热元件进行温度控制，如此可以同时对多个发热元件进行温控，集成化程度高，操作方便。
图4所示为图2所示的步骤24的一个实施例的流程图。如图4所示，步骤24包括：步骤241和步骤242。
步骤241，识别出多个发热元件后，分别获取多个发热元件的当前温度。
在一些实施例中，多个发热元件分别包括温度传感器，通过获取多个温度传感器的信号，获取多个发热元件的当前温度。
步骤242，根据多个发热元件各自的当前温度和各自的目标温度，分别对多个发热元件进行温度控制。
多个发热元件具有控温所需要达到的目标温度。根据发热元件各自的当前温度和目标温度，分别对多个发热元件进行温度控制。
在一些实施例中，步骤242包括：对当前温度和目标温度进行混频，得到混频信号；对混频信号进行滤波；根据发热元件的温度的变化和经过滤波的混频信号，对发热元件进行温度控制。
在一些实施例中，激光系统的温度控制系统19包括PID控制器，PID控制器根据发热元件的温度的变化和经过滤波的混频信号，进行参数整定，对不同的发热元件输出不同的控制信号，以控制多个发热元件的温度。
图5所示为本申请提供的激光系统的温度控制系统19，包括一个或多个处理器31，用于实现如上所述的激光系统的温度控制方法20。上述实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。
在一些实施例中，激光系统的温度控制系统19可以包括计算机可读存储介质32，计算机可读存储介质32可以存储有可被处理器31调用的程序，可以包括非易失性存储介质。在一些实施例中，激光系统的温度控制系统19可以包括内存33和接口34。在一些实施例中，激光系统的温度控制系统19还可以根据实际应用包括其他硬件。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上文所述的激光系统的温度控制方法20。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种激光系统的温度控制方法，其特征在于，所述激光系统包括多个发热元件，所述激光系统的温度控制方法包括：
对所述多个发热元件加载识别电压；
获取被加载所述识别电压的所述多个发热元件的温度；
根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件；
分别对识别出的所述多个发热元件进行温度控制。
2.根据权利要求1所述的激光系统的温度控制方法，其特征在于，所述多个发热元件至少包括光学参考腔；所述根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件，包括：
若所述发热元件在所述识别电压下，温度持续上升，确定该发热元件为所述光学参考腔。
3.根据权利要求1所述的激光系统的温度控制方法，其特征在于，所述对所述多个发热元件加载识别电压，包括：
对所述多个发热元件加载方波电压。
4.根据权利要求3所述的激光系统的温度控制方法，其特征在于，所述多个发热元件至少包括激光二极管或电光调制器或晶体；
所述根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件，包括：
若所述发热元件在前半周期方波电压下温度上升，在后半周期方波电压下温度下降，确定该发热元件为所述激光二极管或所述电光调制器或所述晶体。
5.根据权利要求1所述的激光系统的温度控制方法，其特征在于，所述多个发热元件至少包括激光二极管、电光调制器和晶体；
所述根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件，包括：
在所述激光二极管、所述电光调制器和所述晶体的所述温度的变化率中，确定所述温度的变化率最大的所述发热元件为所述激光二极管；确定所述温度的变化率最小的所述发热元件为所述电光调制器；确定所述温度的变化率非最大且非最小的所述发热元件为所述晶体。
6.根据权利要求1所述的激光系统的温度控制方法，其特征在于，所述分别对识别出的所述多个发热元件进行温度控制，包括：
识别出所述多个发热元件后，分别获取所述多个发热元件的当前温度；
根据所述多个发热元件各自的所述当前温度和各自的目标温度，分别对所述多个发热元件进行温度控制。
7.根据权利要求6所述的激光系统的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述多个发热元件各自的所述当前温度和各自的目标温度，分别对所述多个发热元件进行温度控制，包括：
对所述当前温度和所述目标温度进行混频，得到混频信号；
对所述混频信号进行滤波；
根据所述发热元件的温度的变化和经过滤波的所述混频信号，对所述发热元件进行温度控制。
8.根据权利要求1所述的激光系统的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述多个发热元件的所述温度的变化，识别所述多个发热元件，包括：
将被加载所述识别电压的所述多个发热元件的多个时刻的所述温度输入元件识别模型，得到所述多个发热元件的识别结果。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的激光系统的温度控制方法。
10.一种激光系统的温度控制系统，其特征在于，包括一个或多个处理器，用于执行如权利要求1至8中任一项所述的激光系统的温度控制方法。
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