CN118281679A - 用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法及装置 - Google Patents
用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法及装置，涉及激光技术领域。本发明通过获取外部触发信号的时间间隔，自适应设置每个激光脉冲对应的泵浦功率，避免了脉冲激光器因等待发射光脉冲时间增长泵浦光源持续提升增益介质内反转粒子数，造成激光发射时受激辐射过强损坏光学元器件，同时使脉冲激光器可以在脉冲周期不断变化的条件下，自动保持稳定的单脉冲能量输出。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法及装置。
背景技术
脉冲激光器是间隔一定时间发射激光脉冲的激光器，因其可以通过调Q、锁模等技术产生具有高峰值功率、窄脉冲宽度、高相干性的激光输出，广泛应用于激光雷达、激光通信、激光切割等领域。近年来随着技术的发展，脉冲激光器峰值功率越来越容易受到器件损伤阈值的限制。同时很多新的应用如激光雷达脉冲调制、激光抗干扰等要求脉冲激光器不断变换脉冲发射周期。
为了适应新的应用，现有的方法一般是在激光发射周期改变前，通过外部指令控制激光器降低激光器泵浦功率，避免光学元器件受损。然而由于激光器对外部指令难以与脉冲发射同步响应，在改变发射周期前降低泵浦功率将导致脉冲能量波动，不能稳定的输出单脉冲能量。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法及装置，解决了现有的方法导致脉冲能量波动，不能稳定的输出单脉冲能量的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法，包括：
S1、接收外部输入的脉冲触发信号并记录脉冲触发信号的到达时刻；
S2、根据当前脉冲触发信号与前一个脉冲触发信号的时间间隔和泵浦驱动单元输出功率，计算开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻；
S3、为到达时刻、开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻设置延迟时间，并根据延迟后的到达时刻形成脉冲种子驱动单元的控制信号，根据延迟后的开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻形成泵浦驱动单元的控制信号。
优选的，所述S2具体包括：
计算泵浦光源将脉冲能量放大到脉冲激光器标称单脉冲能量所需的时间长度：
Tpump＝Epulse/(η·Wpump)
其中，Tpump为泵浦所需时间，Epulse为激光器标称单脉冲能量，η为泵浦光源对输入功率的转换效率，Wpump为泵浦驱动单元输出功率；
计算开启泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，topen为开启泵浦驱动单元输出的时刻，tpulse为当前脉冲触发信号到达的时刻，Tperiod为与前一个脉冲触发信号的时间间隔，topen＝∞表示该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态；
计算关闭泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，tclose为关闭泵浦驱动单元输出的时刻，tclose＝∞表示该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态。
优选的，所述泵浦驱动单元输出功率Wpump小于泵浦光源损伤阈值，Wpump的设置方式包括：选取泵浦光源电功率转化为光功率效率最高时的电功率。
优选的，所述延迟时间大于脉冲触发信号的时间间隔的最大值。
第二方面，本发明提供一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置装置，包括：
检测单元，用于接收外部输入的脉冲触发信号并记录脉冲触发信号的到达时刻；
计时单元，用于根据当前脉冲触发信号与前一个脉冲触发信号的时间间隔和泵浦驱动单元输出功率，计算开启和关闭泵浦驱动单元输出的时刻；
处理单元，用于为到达时刻、开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻设置延迟时间；并根据延迟后的到达时刻形成脉冲种子驱动单元的控制信号，根据延迟后的开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻形成泵浦驱动单元的控制信号。
优选的，所述计时单元具体用于：
计算泵浦光源将脉冲能量放大到脉冲激光器标称单脉冲能量所需的时间长度：
Tpump＝Epulse/(η·Wpump)
其中，Tpump为泵浦所需时间，Epulse为激光器标称单脉冲能量，η为泵浦光源对输入功率的转换效率，Wpump为泵浦驱动单元输出功率；
计算开启泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，topen为开启泵浦驱动单元输出的时刻，tpulse为当前脉冲触发信号到达的时刻，Tperiod为与前一个脉冲触发信号的时间间隔，topen＝∞表示该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态；
计算关闭泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，tclose为关闭泵浦驱动单元输出的时刻，tclose＝∞表示该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态。
优选的，所述泵浦驱动单元输出功率Wpump小于泵浦光源损伤阈值，Wpump的设置方式包括：选取泵浦光源电功率转化为光功率效率最高时的电功率。
优选的，所述延迟时间大于脉冲触发信号的时间间隔的最大值。
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储用于用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上述所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器，存储器，以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上述所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法。
(三)有益效果
本发明提供了一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法及装置。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明通过获取外部触发信号的时间间隔，自适应设置每个激光脉冲对应的泵浦功率，避免了脉冲激光器因等待发射光脉冲时间增长泵浦光源持续提升增益介质内反转粒子数，造成激光发射时受激辐射过强损坏光学元器件，同时使脉冲激光器可以在脉冲周期不断变化的条件下，自动保持稳定的单脉冲能量输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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为本发明实施例的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法流程图；
图2为本发明实施例中计算开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻的流程图；
图3为本发明实施例的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置装置的结构示意图；
图4为本发明实施例外部触发信号时序图；
图5为本发明实施例泵浦功率自适应设置时序图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
本申请实施例通过提供一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法及装置，解决了现有的方法导致脉冲能量波动，不能稳定的输出单脉冲能量的技术问题，实现通过获取外部触发信号的时间间隔，自适应设置每个激光脉冲对应的泵浦功率。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
现有技术往往将激光器泵浦功率设定为固定值，这样如果遇到脉冲发射间隔较长的情况，会由于增益介质内反转粒子数不断累积，受激辐射效果加强、产生较高的自发辐射放大噪声，且容易产生峰值功率超过器件损坏阈值的光脉冲。而如果遇到脉冲发射间隔较短的情况，会由于增益介质内反转粒子数不足使脉冲峰值功率达不到标称值。为了适应新的应用，现有的方法一般是在激光发射周期改变前，通过外部指令控制激光器降低激光器泵浦功率，避免光学元器件受损。然而由于激光器对外部指令难以与脉冲发射同步响应，在改变发射周期前降低泵浦功率将导致脉冲能量波动，不能稳定的输出单脉冲能量。
为了解决上述技术问题，本发明采用一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法，通过获取外部触发信号的时间间隔，自适应设置激光器泵浦功率，自动保持稳定的单脉冲能量输出。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
本发明实施例提供一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法，如图1所示，该方法包括：
S1、接收外部输入的脉冲触发信号并记录脉冲触发信号的到达时刻；
S2、根据当前脉冲触发信号与前一个脉冲触发信号的时间间隔和泵浦驱动单元输出功率，计算开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻；
S3、为到达时刻、开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻设置延迟时间，并根据延迟后的到达时刻形成脉冲种子驱动单元的控制信号，根据延迟后的开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻形成泵浦驱动单元的控制信号。
本发明实施例通过获取外部触发信号的时间间隔，自适应设置每个激光脉冲对应的泵浦功率，避免了脉冲激光器因等待发射光脉冲时间增长泵浦光源持续提升增益介质内反转粒子数，造成激光发射时受激辐射过强损坏光学元器件，同时使脉冲激光器可以在脉冲周期不断变化的条件下，自动保持稳定的单脉冲能量输出。
下面对各个步骤进行详细说明：
在步骤S1中，接收外部输入的脉冲触发信号并记录脉冲触发信号的到达时刻，具体实施过程如下：
外部输入的脉冲触发信号应识别为数字信号，脉冲触发信号到达时，数字信号由“0”变为“1”。到达时刻为该数字信号由“0”变为“1”时对应的时刻。
在步骤S2中，根据当前脉冲触发信号与前一个脉冲触发信号的时间间隔和泵浦驱动单元输出功率，计算开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻。具体实施过程如下：
如图2所示，首先计算泵浦光源将脉冲能量放大到脉冲激光器标称单脉冲能量所需的时间长度：
Tpump＝Epulse/(η·Wpump)
其中，Tpump为泵浦所需时间，Epulse为激光器标称单脉冲能量，η为泵浦光源对输入功率的转换效率，Wpump为泵浦驱动单元输出功率，Wpump应小于泵浦光源损伤阈值，Wpump的一种设置方式为选取泵浦光源电功率转化为光功率效率最高时的电功率。
然后计算开启泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，topen为开启泵浦驱动单元输出的时刻，tpulse为当前脉冲触发信号到达的时刻，Tperiod为与前一个脉冲触发信号的时间间隔，topen＝∞意味着该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态。
最后计算关闭泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，tclose为关闭泵浦驱动单元输出的时刻，tclose＝∞意味着该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态。
在步骤S3中，为到达时刻、开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻设置延迟时间，根据延迟后的到达时刻形成脉冲种子驱动单元的控制信号，根据延迟后的开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻形成泵浦驱动单元的控制信号。具体实施过程如下：
将所得到达时刻、设置的开启和关闭泵浦驱动单元输出的时刻延迟一定时间，其中，延迟一定时间Tdelay需满足：
Tdelay>Tmax
其中，Tmax为脉冲触发信号的时间间隔的最大值。本发明实施例中Tdelay设置为Tmax的两倍。
根据延迟后的时刻，形成控制信号，控制脉冲种子驱动单元和泵浦驱动单元。
在一实施例中，泵浦功率自适应设置方法还包括：根据控制信号，驱动所述激光器种子源产生种子脉冲；驱动泵浦光源将电功率转换为光功率。
实施例2：
本发明实施例还提供一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置装置，如图3所示，包括：
检测单元，用于接收外部输入的脉冲触发信号并记录脉冲触发信号的到达时刻；
计时单元，用于根据当前脉冲触发信号与前一个脉冲触发信号的时间间隔和泵浦驱动单元输出功率，计算开启和关闭泵浦驱动单元输出的时刻；
处理单元，用于为到达时刻、开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻设置延迟时间；并根据延迟后的到达时刻形成脉冲种子驱动单元的控制信号，根据延迟后的开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻形成泵浦驱动单元的控制信号。
在一实施例中，脉冲种子源驱动单元用于根据控制信号，驱动所述激光器种子源产生种子脉冲，经泵浦光源放大后成为激光脉冲；泵浦驱动单元用于根据控制信号，驱动泵浦光源将电功率转换为光功率。
在一实施例中，脉冲激光器具有多个泵浦光源，泵浦驱动单元可以并行设置多个泵浦光源或设置最后一级泵浦光源。
在一实施例中，处理单元可以为现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM或者这些部件的任何组合。
具体的，在本申请实施例中，所用的外部触发信号(即外部输入的脉冲触发信号)如图4，可以看出周期触发间隔为30微秒与50微秒交替变换。
具体的，在本申请实施例中，所用激光器为脉冲式掺铒光纤放大器，其部分性能参数如下表。
表1一种脉冲激光器性能参数表
具体的，本申请实施例中，延迟时间Tdelay设置为100微秒。
由上可知，所述装置采集到图4中的外触发信号后，由处理单元执行图2中的算法，自适应的控制脉冲种子源驱动单元与泵浦驱动单元按图5所示的时序驱动激光器发射光脉冲，可以使得每个脉冲功率稳定且达到激光器标称值。
可理解的是，本发明实施例提供的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置装置与上述用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法相对应，其有关内容的解释、举例、有益效果等部分可以参照用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法中的相应内容，此处不再赘述。
实施例3：
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储用于用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上述所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法。
实施例4：
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上述所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明实施例通过获取外部触发信号的时间间隔，自适应设置每个激光脉冲对应的泵浦功率，避免了脉冲激光器因等待发射光脉冲时间增长泵浦光源持续提升增益介质内反转粒子数，造成激光发射时受激辐射过强损坏光学元器件，同时使脉冲激光器可以在脉冲周期不断变化的条件下，自动保持稳定的单脉冲能量输出。
2、长脉冲间隔下，由于增益介质持续受泵浦光源驱动处于粒子数反转状态，不断产生自发辐射噪声，降低了激光器输出信号质量，而通过设置泵浦驱动单元开启、关闭，减短了增益介质处于粒子数反转状态的时间，减少了激光器自发辐射噪声，提高了激光器输出信号质量。
3、对激光器泵浦功率的设置实时性强，无需人工干预。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上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精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法，其特征在于，包括：
S1、接收外部输入的脉冲触发信号并记录脉冲触发信号的到达时刻；
S2、根据当前脉冲触发信号与前一个脉冲触发信号的时间间隔和泵浦驱动单元输出功率，计算开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻；
S3、为到达时刻、开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻设置延迟时间，并根据延迟后的到达时刻形成脉冲种子驱动单元的控制信号，根据延迟后的开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻形成泵浦驱动单元的控制信号。
2.如权利要求1所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法，其特征在于，所述S2具体包括：
计算泵浦光源将脉冲能量放大到脉冲激光器标称单脉冲能量所需的时间长度：
Tpump＝Epulse/(η·Wpump)
其中，Tpump为泵浦所需时间，Epulse为激光器标称单脉冲能量，η为泵浦光源对输入功率的转换效率，Wpump为泵浦驱动单元输出功率；
计算开启泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，topen为开启泵浦驱动单元输出的时刻，tpulse为当前脉冲触发信号到达的时刻，Tperiod为与前一个脉冲触发信号的时间间隔，topen＝∞表示该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态；
计算关闭泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，tclose为关闭泵浦驱动单元输出的时刻，tclose＝∞表示该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态。
3.如权利要求1所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法，其特征在于，所述泵浦驱动单元输出功率Wpump小于泵浦光源损伤阈值，Wpump的设置方式包括：选取泵浦光源电功率转化为光功率效率最高时的电功率。
4.如权利要求1～3任一所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法，其特征在于，所述延迟时间大于脉冲触发信号的时间间隔的最大值。
5.一种用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于接收外部输入的脉冲触发信号并记录脉冲触发信号的到达时刻；
计时单元，用于根据当前脉冲触发信号与前一个脉冲触发信号的时间间隔和泵浦驱动单元输出功率，计算开启和关闭泵浦驱动单元输出的时刻；
处理单元，用于为到达时刻、开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻设置延迟时间；并根据延迟后的到达时刻形成脉冲种子驱动单元的控制信号，根据延迟后的开启泵浦驱动单元输出的时刻和关闭泵浦驱动单元输出的时刻形成泵浦驱动单元的控制信号。
6.如权利要求5所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置装置，其特征在于，所述计时单元具体用于：
计算泵浦光源将脉冲能量放大到脉冲激光器标称单脉冲能量所需的时间长度：
Tpump＝Epulse/(η·Wpump)
其中，Tpump为泵浦所需时间，Epulse为激光器标称单脉冲能量，η为泵浦光源对输入功率的转换效率，Wpump为泵浦驱动单元输出功率；
计算开启泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，topen为开启泵浦驱动单元输出的时刻，tpulse为当前脉冲触发信号到达的时刻，Tperiod为与前一个脉冲触发信号的时间间隔，topen＝∞表示该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态；
计算关闭泵浦驱动单元输出的时刻：
其中，tclose为关闭泵浦驱动单元输出的时刻，tclose＝∞表示该次脉冲触发信号不改变泵浦驱动单元输出状态。
7.如权利要求6所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置装置，其特征在于，所述泵浦驱动单元输出功率Wpump小于泵浦光源损伤阈值，Wpump的设置方式包括：选取泵浦光源电功率转化为光功率效率最高时的电功率。
8.如权利要求5～7任一所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置装置，其特征在于，所述延迟时间大于脉冲触发信号的时间间隔的最大值。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储用于用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1～4任一所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器，存储器，以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1～4任一所述的用于脉冲激光器的泵浦功率自适应设置方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |