CN117424065A - 一种激光器的io控制系统、方法、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器的IO控制系统、方法、设备和存储介质，本发明涉及激光器技术领域，解决了激光器内未设置一种较好的控制方式，来对输出功率进行调节控制的问题，本发明通过根据所确认的输出功率，确定功率区间，再确定其输出波长以及波长区间；再基于所确认的波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，随后再根据最终折射长以及对应光波初始的反射角度，基于三角函数确认其改变角度，再根据改变角度以及原始的发射角度，来确定谐振腔内对应振镜的旋转角。

Description

一种激光器的IO控制系统、方法、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体为一种激光器的IO控制系统、方法、设备和存储介质。

背景技术

激光器中常见的组成部分有谐振腔，但谐振腔并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式，所以一般激光器都具有谐振腔。

专利公开号为CN114488892B的申请公开了一种激光照射控制系统、激光照射控制方法、设备及介质。所述系统包括：现场可编程门阵列FPGA控制器模块、垂直腔面发射激光器模块和驱动模块；其中，FPGA控制器模块通过IO端口与驱动模块连接，用于控制驱动模块生成指定波长的驱动程序；驱动模块通过数据接口与垂直腔面发射激光器模块中各个阵元的激光器连接，用于基于驱动程序控制各个激光器在照射面上形成不同波长的光波。本发明通过FPGA控制器模块控制垂直腔面发射激光器模块中各个阵元的激光器产生不同波长的光波，来满足特定激光照射场景下的不同照射需求。

激光器在正常使用过程中，一般基于所确认的需求功率，对激光器的输出功率进行调节，但因某些数值具备较为严格的精准度要求，但激光器所产生的输出功率往往存在数值偏差，且激光器内未设置一种较好的控制方式，来对输出功率进行调节控制，保障激光器的输出功率能达到精准要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光器的IO控制系统、方法、设备和存储介质，解决了激光器内未设置一种较好的控制方式，来对输出功率进行调节控制的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种激光器的IO控制系统，包括：

参数确认端，对激光器的输出功率进行确认，并将所确认的输出功率传输至数值区间锁定端内；

数值区间锁定端，基于所确认的输出功率，从存储介质内选定工作电压以及所对应的工作电流，并将所选定的工作电压以及工作电流确定功率区间，并传输控制端和波长分析端内，具体方式为：

将所确认的输出功率标定为G，再将所选定的工作电压以及工作电流，确定功率数值B_i，其中i代表不同工作电压所对应的功率数值B_i；

确认若干个功率数值B_i内是否存在与输出功率G相同的，若存在，则直接将对应的工作电压标定为启动电压，传输至控制端内，直接进行激光输出处理，若不存在，则获取与输出功率G邻近的前后两组功率数值B_i，将前后两组功率数值所对应的工作数值标定为功率区间，并传输至波长分析端和控制端内；

波长分析端，基于所确认的输出功率以及功率区间，确认对应功率所对应的波速以及振荡周期，确认其具体光波波长，并将所确认的波长区间传输至折射长分析端内，具体方式为：

基于输出功率G，获取此输出功率G所产生光波的波速以及振荡周期，通过：波长=波速×振荡周期，将此波长标定为输出波长；

再采用相同的方式，并基于功率区间两个端点的功率数值，锁定两个端点所对应的输出波长，并构成波长区间；

折射长分析端，基于所确认的波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，将所确定的折射长传输至主镜旋角确定端内，具体方式为：

将输出波长标定为SC，确定光波为输出波长SC时在谐振腔内所产生的初始折射角B1以及初始折射长ZC；

将输出波长SC与波长区间进行比对，确认SC与波长区间内相近的一组端值，将此端值标定为标准波长，若标准波长＞SC，则采用：波长差值=标准波长-SC，确认波长差值，并将波长差值标定为CZ，采用CZ÷A1=BC得到变化长度值BC，其中A1为固定的变化因子，采用ZC+BC=ZZ得到最终折射长ZZ；

若标准波长＜SC，则采用：波长差值=SC-标准波长，确认波长差值，并将波长差值标定为CZ，采用CZ÷A1=BC得到变化长度值BC，其中A1为固定的变化因子，采用ZC-BC=ZZ得到最终折射长ZZ；

将最终折射长ZZ传输至主镜旋角确定端内；

主镜旋角确定端，基于所确定的最终折射长以及对应光波初始的反射角度，基于三角函数确认其改变角度，再根据改变角度以及原始的发射角度，来确定谐振腔内对应振镜的旋转角；确定旋转角的具体方式为：

确认谐振腔的初始状态，记录射入光波以及折射光波之间所产生的角度值，基于对应光波以及折射光波确定中心线，将中心线与光波之间的角度值标定为B1；

基于所确认的最终折射长ZZ，以及将中心线的长度值标定为ZX，采用：CosB2=ZX÷ZZ，确定其中心线与调整状态后折射光波的夹角B2，采用B1+B2=ZB，确定调整状态后射入光波与折射光波之间的夹角ZB，通过：ZB÷2=GB获取角度值GB，其角度值GB为中心折线与射入光波或折射光波的夹角，其中在谐振腔初始状态中为中心线，在调整状态中为中心折线；

确认中心线与中心折线的夹角，将其拟定为振镜的旋转角。

优选的，还包括控制端，基于标准波长确定光波的输出功率，并对内部振镜进行旋转，其旋转方向为中心线向中心折线的移动方向。

优选的，一种激光器的IO控制方法，包括以下步骤：

步骤一、根据所确认的输出功率，确定功率区间，再确定其输出波长以及波长区间；

步骤二、基于所确认的波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，将所确定的折射长传输至主镜旋角确定端内；

步骤三、基于所确定的最终折射长以及对应光波初始的反射角度，基于三角函数确认其改变角度，再根据改变角度以及原始的发射角度，来确定谐振腔内对应振镜的旋转角；

步骤四、控制端则根据所确定的旋转角，按照中心线向中心折线的移动方向对振镜进行旋转调整。

优选的，一种激光器的IO控制设备，包括至少一组处理器以及控制器，其中处理器根据波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，再基于折射长以及光波初始的反射角度，确定旋转角；

其中控制器，根据所确定的旋转角，按照中心线向中心折线的移动方向对振镜进行旋转调整。

本发明提供了一种激光器的IO控制系统、方法、设备和存储介质。与现有技术相比具备以下有益效果：

本发明通过根据所确认的输出功率，确定功率区间，再确定其输出波长以及波长区间；再基于所确认的波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，随后再根据最终折射长以及对应光波初始的反射角度，基于三角函数确认其改变角度，再根据改变角度以及原始的发射角度，来确定谐振腔内对应振镜的旋转角；

采用此种处理方式，能使激光器所能达到的激光功率更为标准，精确度更高，从而使激光器在使用控制过程中，能达到较好的控制效果，提升其激光器的使用效果，以及给用户带来更好的使用体验。

附图说明

图1为本发明原理框架示意图；

图2为本发明振镜旋转示意图。

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。

实施例一

请参阅图1，本申请提供了一种激光器的IO控制系统，包括参数确认端、存储介质、数值区间锁定端、控制端、波长分析端、折射长分析端以及主镜旋角确定端；

其中参数确认端以及存储介质均与数值区间锁定端输入节点电性连接，其中数值区间锁定端分别与控制端以及波长分析端输入节点电性连接，其中波长分析端、折射长分析端以及主镜旋角确定端从输出节点至输入节点电性连接，其中主镜旋角确定端与控制端输入节点电性连接；

参数确认端，对激光器的输出功率进行确认，并将所确认的输出功率传输至数值区间锁定端内，其中输出功率由操作人员自行确认，可进行数值输入，根据具体的数值要求输入指定的功率数值；

数值区间锁定端，基于所确认的输出功率，从存储介质内选定工作电压以及所对应的工作电流，并将所选定的工作电压以及工作电流传输控制端内，其中，进行选定的具体方式为：

将所确认的输出功率标定为G，再将所选定的工作电压以及工作电流，确定功率数值B_i，其中i代表不同工作电压所对应的功率数值B_i；

确认若干个功率数值B_i内是否存在与输出功率G相同的，若存在，则直接将对应的工作电压标定为启动电压，传输至控制端内，直接进行激光输出处理，若不存在，则获取与输出功率G邻近的前后两组功率数值B_i，将前后两组功率数值所对应的工作数值标定为功率区间，并传输至波长分析端和控制端内，例：假定需求的输出功率为5.5，在内部工作电压设置有对应标准的情况，确定此激光器是否可在工作过程中，达到5.5，若不行，则需要此输出功率前后的两组电压数值，拟定对应的电压区间，基于此电压区间，再对内部的波长进行改变，使激光器需求的输出功率能精确达到指定数值，因在正常使用过程中，其电压数值对应指定的电流数值，所产生的功率值便存在数值偏差，往往实际处理过程中，会忽略此类问题，例，电阻为1欧姆，电压变化为1.1以及1.2，那么所产生的电流就是1.1以及1.2，不会产生1.01、1.02的电流，其存在一定的数值偏差，并不能使激光器所产生的波长较为精准。

其中波长分析端，基于所确认的输出功率以及功率区间，确认对应功率所对应的波速以及振荡周期，确认其具体光波波长，并将所确认的光波波长传输至折射长分析端内，确认方式为：

基于输出功率G，获取此输出功率G所产生光波的波速以及振荡周期，通过：波长=波速×振荡周期，将此波长标定为输出波长；

再采用相同的方式，并基于功率区间两个端点的功率数值，锁定两个端点所对应的输出波长，并构成波长区间，在功率数值确定的情况下，其所产生光波的波速以及振荡周期也是能确认的，因其数值均为固定值，并不属于变量，并不会因其他温度或其他影响因素而发生变化，其波长分析端内可自行换算对应的波速以及振荡周期，且光波的波长在产生以及变化过程中，只与波速以及振荡周期相关，但后续通过反射以及折射的原因，会造成光波衰减，导致波长下降，后续通过反射调节，便可使光波的数值换算调节的更为精准。

其中折射长分析端，基于所确认的波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，将所确定的折射长传输至主镜旋角确定端内，其中确认折射长的具体方式为：

将输出波长标定为SC，结合图2，确定光波为输出波长SC时在谐振腔内所产生的初始折射角B1以及初始折射长ZC；

将输出波长SC与波长区间进行比对，确认SC与波长区间内相近的一组端值，将此端值标定为标准波长，若标准波长＞SC，则采用：波长差值=标准波长-SC，确认波长差值，并将波长差值标定为CZ，采用CZ÷A1=BC得到变化长度值BC，其中A1为固定的变化因子，其具体取值由操作人员根据经验拟定，采用ZC+BC=ZZ得到最终折射长ZZ；

若标准波长＜SC，则采用：波长差值=SC-标准波长，确认波长差值，并将波长差值标定为CZ，采用CZ÷A1=BC得到变化长度值BC，其中A1为固定的变化因子，采用ZC-BC=ZZ得到最终折射长ZZ；

将最终折射长ZZ传输至主镜旋角确定端内；

例：此处不存在相等的情况，因相等时，就代表在初始的数值区间锁定端内，就可直接锁定对应的启动电压，无需再次进行后续分析操作了；

此处所作出的处理方式，可以理解为：我现在需求的功率数值为6，但是我所能达到的范围值为5和6.5，并不能准确的达到功率数值6，那么就需要确定相近的端值，如6.5，在功率值为6.5的基础上，进行线段折射，对折射的长度数值进行改变，通过改变折射长度，便可使光波的波长进行改变，使所产生的光波波长就是功率数值6所产生的波长，以此提升整个激光器的整体使用效果。

其中主镜旋角确定端，基于所确定的最终折射长以及对应光波初始的反射角度，基于三角函数确认其改变角度，再根据改变角度以及原始的发射角度，来确定谐振腔内对应振镜的旋转角，其中确定旋转角的具体方式为：

确认谐振腔的初始状态，记录射入光波以及折射光波之间所产生的角度值，基于对应光波以及折射光波确定中心线，将中心线与光波之间的角度值标定为B1；

基于所确认的最终折射长ZZ，以及将中心线的长度值标定为ZX，采用：CosB2=ZX÷ZZ，确定其中心线与调整状态后折射光波的夹角B2，采用B1+B2=ZB，确定调整状态后射入光波与折射光波之间的夹角ZB，通过：ZB÷2=GB获取角度值GB，其角度值GB为中心折线与射入光波或折射光波的夹角，其中在谐振腔初始状态中为中心线，在调整状态中为中心折线；

确认中心线与中心折线的夹角，将其拟定为振镜的旋转角。

控制端，基于标准波长确定光波的输出功率，并对内部振镜进行旋转，其旋转方向为中心线向中心折线的移动方向，以此完成整个激光器的整体控制处理；

例：结合图2，初始状态时，摄入光波与振镜之间所产生的角度为90°-B1，那么与中心线之间的角度就是B1，其射入光线的射入方向不变，那么与中心线的角度还是B1，要想折射光线发生改变，那么其振镜就需要进行旋转，故在旋转过程中，就需要锁定对应的旋转角，基于所确认的折射长度，来确定其改变角B2，再基于B2以及B1相结合，就可确认两个光波之间的总角度，随便便可确定中心折线，便可确定后续的旋转角，对振镜进行旋转，来达到整体的调整效果。

实施例二

本实施例在具体实施过程中，主要针对于激光器的控制方法来实施；

其中一种激光器的IO控制方法，包括以下步骤：

步骤一、根据所确认的输出功率，确定功率区间，再确定其输出波长以及波长区间；

步骤二、基于所确认的波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，将所确定的折射长传输至主镜旋角确定端内；

步骤三、基于所确定的最终折射长以及对应光波初始的反射角度，基于三角函数确认其改变角度，再根据改变角度以及原始的发射角度，来确定谐振腔内对应振镜的旋转角；

步骤四、控制端则根据所确定的旋转角，按照中心线向中心折线的移动方向对振镜进行旋转调整。

实施例三

一种激光器的IO控制设备，包括至少一组处理器以及控制器，其中处理器根据波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，再基于折射长以及光波初始的反射角度，确定旋转角；

其中控制器，根据所确定的旋转角，按照中心线向中心折线的移动方向对振镜进行旋转调整。

实施例四

本实施例在具体实施过程中，包含上述三组实施例的全部实施过程。

上述公式中的部分数据均是去其纲量进行数值计算，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (8)

1.一种激光器的IO控制系统，其特征在于，包括：

参数确认端，对激光器的输出功率进行确认，并将所确认的输出功率传输至数值区间锁定端内；

数值区间锁定端，基于所确认的输出功率，从存储介质内选定工作电压以及所对应的工作电流，并将所选定的工作电压以及工作电流确定功率区间，并传输控制端和波长分析端内；

波长分析端，基于所确认的输出功率以及功率区间，确认对应功率所对应的波速以及振荡周期，确认其具体光波波长，并将所确认的波长区间传输至折射长分析端内；

折射长分析端，基于所确认的波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，将所确定的折射长传输至主镜旋角确定端内；

主镜旋角确定端，基于所确定的最终折射长以及对应光波初始的反射角度，基于三角函数确认其改变角度，再根据改变角度以及原始的发射角度，来确定谐振腔内对应振镜的旋转角。

2.根据权利要求1所述的一种激光器的IO控制系统，其特征在于，所述数值区间锁定端，进行选定的具体方式为：

将所确认的输出功率标定为G，再将所选定的工作电压以及工作电流，确定功率数值B_i，其中i代表不同工作电压所对应的功率数值B_i；

确认若干个功率数值B_i内是否存在与输出功率G相同的，若存在，则直接将对应的工作电压标定为启动电压，传输至控制端内，直接进行激光输出处理，若不存在，则获取与输出功率G邻近的前后两组功率数值B_i，将前后两组功率数值所对应的工作数值标定为功率区间，并传输至波长分析端和控制端内。

3.根据权利要求1所述的一种激光器的IO控制系统，其特征在于，所述波长分析端，确认光波波长的具体方式为：

基于输出功率G，获取此输出功率G所产生光波的波速以及振荡周期，通过：波长=波速×振荡周期，将此波长标定为输出波长；

再采用相同的方式，并基于功率区间两个端点的功率数值，锁定两个端点所对应的输出波长，并构成波长区间。

4.根据权利要求1所述的一种激光器的IO控制系统，其特征在于，所述折射长分析端，确认折射长的具体方式为：

将输出波长标定为SC，确定光波为输出波长SC时在谐振腔内所产生的初始折射角B1以及初始折射长ZC；

将输出波长SC与波长区间进行比对，确认SC与波长区间内相近的一组端值，将此端值标定为标准波长，若标准波长＞SC，则采用：波长差值=标准波长-SC，确认波长差值，并将波长差值标定为CZ，采用CZ÷A1=BC得到变化长度值BC，其中A1为固定的变化因子，采用ZC+BC=ZZ得到最终折射长ZZ；

若标准波长＜SC，则采用：波长差值=SC-标准波长，确认波长差值，并将波长差值标定为CZ，采用CZ÷A1=BC得到变化长度值BC，其中A1为固定的变化因子，采用ZC-BC=ZZ得到最终折射长ZZ；

将最终折射长ZZ传输至主镜旋角确定端内。

5.根据权利要求4所述的一种激光器的IO控制系统，其特征在于，所述主镜旋角确定端，确定旋转角的具体方式为：

确认谐振腔的初始状态，记录射入光波以及折射光波之间所产生的角度值，基于对应光波以及折射光波确定中心线，将中心线与光波之间的角度值标定为B1；

基于所确认的最终折射长ZZ，以及将中心线的长度值标定为ZX，采用：CosB2=ZX÷ZZ，确定其中心线与调整状态后折射光波的夹角B2，采用B1+B2=ZB，确定调整状态后射入光波与折射光波之间的夹角ZB，通过：ZB÷2=GB获取角度值GB，其角度值GB为中心折线与射入光波或折射光波的夹角，其中在谐振腔初始状态中为中心线，在调整状态中为中心折线；

确认中心线与中心折线的夹角，将其拟定为振镜的旋转角。

6.根据权利要求5所述的一种激光器的IO控制系统，其特征在于，还包括控制端，基于标准波长确定光波的输出功率，并对内部振镜进行旋转，其旋转方向为中心线向中心折线的移动方向。

7.一种激光器的IO控制方法，该控制方法应用于权利要求1-6任一项所述的一种激光器的IO控制系统内，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据所确认的输出功率，确定功率区间，再确定其输出波长以及波长区间；

步骤二、基于所确认的波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，将所确定的折射长传输至主镜旋角确定端内；

步骤三、基于所确定的最终折射长以及对应光波初始的反射角度，基于三角函数确认其改变角度，再根据改变角度以及原始的发射角度，来确定谐振腔内对应振镜的旋转角；

步骤四、控制端则根据所确定的旋转角，按照中心线向中心折线的移动方向对振镜进行旋转调整。

8.一种激光器的IO控制设备，该控制设备根据权利要求1-6任一项所述的一种激光器的IO控制系统进行运行，其特征在于，包括至少一组处理器以及控制器，其中处理器根据波长区间以及输出波长，从波长区间内选定标准波长，随后再基于此标准波长确定改变的折射长，再基于折射长以及光波初始的反射角度，确定旋转角；

其中控制器，根据所确定的旋转角，按照中心线向中心折线的移动方向对振镜进行旋转调整。