CN212725940U - 飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，包括光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E，沿电信号的传输方向，所述光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E依次电连接，所述光电转换电路A包括接收光学模块光信号的光电管D1、电压随光信号变化的偏置电阻R1，所述偏置电阻R1的一端与光电管的阴极串联，所述偏置电阻R1的另一端接电源VDD，所述偏置电阻R1的两端均与所述运放隔离电路B的输入端电连接，所述模数转换电路E包括接收反馈信号进而调节电源驱动模块以改变光学模块功率的控制器电路，所述控制器电路与滤波放大电路D的输出端电连接。

Description

飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路。

背景技术

近年来，超快光纤激光器凭借其独特的精细微纳加工效果，在消费类电子、新能源、半导体、科研及医疗等领域被广泛应用。作为超快光纤激光器的放大基础，飞秒光纤种子源为超快光纤激光器提供理想的种子光源。并且飞秒光纤种子源成本低廉、结构紧凑、操作简单、光束质量好和稳定性强等突出优势可以应用于包括生物光子学、多光子光谱学、超快光谱学、频率梳、计量学、医学、科研等领域。

目前激光器长时间工作，因光学器件特性变化，激光功率会存在一定的衰减，缩短了激光器的正常使用寿命，光纤种子源激光器主要是通过内置光电管进行光电监测，功率反馈补偿，一般是将光脉冲信号转换成微弱的电信号，然后将微弱电信号放大，转换成直流电信号，通过此直流电信号来监测激光功率，这种方式会将光电管本身的噪声进行放大，使得监测到的激光功率与实际激光功率存在偏差，这样在反馈调节时，影响激光功率的准确性和稳定性，从而影响激光加工的精度和质量。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，通过对飞秒光纤种子源脉冲功率的监测、反馈，对激光功率做出调节补偿，从而保证光纤种子源功率的精准度、稳定性、一致性，进而延长了超快光纤激光器的使用寿命。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，包括光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E，沿电信号的传输方向，所述光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E依次电连接，所述光电转换电路A包括接收光学模块光信号的光电管D1、电压随光信号变化的偏置电阻R1，所述偏置电阻R1的一端与光电管的阴极串联，所述偏置电阻R1的另一端接电源VDD，所述偏置电阻R1的两端均与所述运放隔离电路B的输入端电连接，所述模数转换电路E包括接收反馈信号进而调节电源驱动模块以改变光学模块功率的控制器电路，所述控制器电路与所述滤波放大电路D的输出端电连接。

作为优选，所述光电转换电路A还包括第一电阻R8和第一电容C4，所述光电管D1的阳极通过所述第一电阻R8接地，所述第一电容C4的一端与所述偏置电阻R1的一端电连接，所述第一电容C4的另一端接地。

作为优选，所述运放隔离电路B包括第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B和第二电容C1，所述偏置电阻R1的一端与所述第二运算放大器U1B的正输入端电连接，所述偏置电阻R1的另一端与第一运算放大器U1A的正输入端电连接，所述第一运算放大器U1A的电源端与电源VCC1电连接，所述第二电容C1的一端与电源VCC1电连接，所述第二电容C1的另一端接地，所述第一运算放大器U1A的负输入端与所述第一运算放大器U1A的输出端电连接，所述第二运算放大器U1B的负输入端与所述第二运算放大器U1B的输出端电连接，所述第一运算放大器U1A的输出端以及所述第二运算放大器U1B的输出端均与所述差分运放电路C的输入端电连接。

作为优选，所述差分运放电路C包括第二电阻R2、第三电阻R5、第四电阻R6、第五电阻R10、第六电阻R3、第三电容C2、第四电容C5和第三运算放大器U2，所述第一运算放大器U1A的输出端通过第二电阻R2与所述第三运算放大器U2的正输入端电连接，所述第二运算放大器U1B的输出端通过第三电阻R5与所述第三运算放大器U2的负输入端电连接，所述第四电阻R6的一端与所述第三运算放大器U2的正输入端电连接，所述第四电阻R6的另一端接地，所述第三运算放大器U2的负输入端通过第五电阻R10与所述第三运算放大器U2的输出端电连接，所述第三运算放大器U2的电源端与电源VCC1电连接，所述第三电容C2的一端与电源VCC1电连接，所述第三电容C2的另一端接地，所述第六电阻R3的一端与所述第三运算放大器U2的输出端电连接，所述第六电阻R3的另一端、所述第四电容C5的一端均与所述滤波放大电路D的输入端电连接，所述第四电容C5的另一端接地。

作为优选，所述滤波放大电路D包括第七电阻R7、第八电阻R9、第九电阻R4、第五电容C3、第六电容C7、第七电容C6和第四运算放大器U3，所述第四运算放大器U3的电源端与电源VCC2电连接，所述第五电容C3的一端与电源VCC2电连接，所述第五电容C3的另一端接地，所述第六电阻R3的另一端、所述第四电容C5的一端均与第四运算放大器U3的正输入端电连接，所述第七电阻R7的一端与第四运算放大器U3的负输入端电连接，所述第七电阻R7的另一端接地，所述第四运算放大器U3的负输入端通过第八电阻R9与所述第四运算放大器U3的输出端电连接，所述第六电容C7与所述第八电阻R9并联，所述第九电阻R4的一端与所述第四运算放大器U3的输出端电连接，第七电容C6的一端、所述模数转换电路E的输入端均与所述第九电阻R4的另一端电连接，所述第七电容C6的另一端接地。

作为优选，所述控制器电路为单片机电路，所述模数转换电路E还包括用于模数转换的ADC芯片，所述单片机电路通过所述ADC芯片与所述第九电阻R4的另一端电连接。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型利用简单的电子器件设计的实用化电路实现光纤种子源功率的精准监测、及反馈补偿，保证了光纤种子源及超快光纤激光器长时间工作，功率的精准度、稳定性、一致性。

2、本实用新型通过功率监测、反馈补偿相对延长光纤种子源及超快光纤激光器正常使用的寿命，免除超快光纤激光器不必要的维修、维护过程，同时也节省了相当的维护费用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1，本实用新型实施例提供一种飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，包括光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E，沿电信号的传输方向，所述光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E依次电连接，所述光电转换电路A包括接收光学模块光信号的光电管D1、电压随光信号变化的偏置电阻R1，所述偏置电阻R1的一端与光电管的阴极串联，所述偏置电阻R1的另一端接电源VDD，所述偏置电阻R1的两端均与所述运放隔离电路B的输入端电连接，所述模数转换电路E包括接收反馈信号进而调节电源驱动模块以改变光学模块功率的控制器电路，所述控制器电路与所述滤波放大电路D的输出端电连接。在本实施例中，控制器电路采用单片机电路，数转换电路的单片机与飞秒光纤种子源的电源驱动模块相连，电源驱动模块与种子源的光学模块相连，单片机控制飞秒光纤种子源的电源驱动模块，电源驱动模块控制飞秒光纤种子源的光学模块，输出对应功率的激光。

本实用新型提供了一种飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，通过对飞秒光纤种子源脉冲功率的监测、反馈，对激光功率做出调节补偿，从而保证光纤种子源功率的精准度、稳定性、一致性，进而延长了超快光纤激光器的使用寿命。

飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路包括光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E。光电转换电路A的输出端与运放隔离电路B的输入端相连，运放隔离电路B的输出端与差分运放电路C的输入端相连，差分运放电路C的输出端与滤波放大电路D的输入端相连，滤波放大电路D的输出端与模数转换电路E的输入端相连，模数转换电路E的输出端与单片机相连，单片机的输出端与电源驱动模块相连，电源驱动模块与光学模块相连。

本实用新型输入的光信号进入光电管后，偏置电阻R1上的电压信号会随之发生变化，通过运放隔离之后将偏置电阻R1两端的电压信号连接到差分运算的运算放大电路，差分运算放大电路将偏置电阻R1两端的电压信号计算之后，输入到下一级滤波放大电路。滤波放大电路将电压信号放大到一个合适的电压值之后，经ADC芯片采集后输送到单片机进行计算和控制调节，从而保证光纤种子源功率的精准度、稳定性、一致性，进而延长了超快光纤激光器的使用寿命。

本实用新型利用简单的电子器件设计的实用化电路实现光纤种子源功率的精准监测、及反馈补偿，保证了光纤种子源及超快光纤激光器长时间工作，功率的精准度、稳定性、一致性。

本实用新型通过功率监测、反馈补偿相对延长光纤种子源及超快光纤激光器正常使用的寿命，免除超快光纤激光器不必要的维修、维护过程，同时也节省了相当的维护费用。

所述光电转换电路A还包括第一电阻R8和第一电容C4，所述光电管D1的阳极通过所述第一电阻R8接地，所述第一电容C4的一端与所述偏置电阻R1的一端电连接，所述第一电容C4的另一端接地。光电转换电路A将光脉冲信号强弱转变成电压信号的大小，得到电路可以处理的电压信号。

所述运放隔离电路B包括第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B和第二电容C1，所述偏置电阻R1的一端与所述第二运算放大器U1B的正输入端电连接，所述偏置电阻R1的另一端与第一运算放大器U1A的正输入端电连接，所述第一运算放大器U1A的电源端与电源VCC1电连接，所述第二电容C1的一端与电源VCC1电连接，所述第二电容C1的另一端接地，所述第一运算放大器U1A的负输入端与所述第一运算放大器U1A的输出端电连接，所述第二运算放大器U1B的负输入端与所述第二运算放大器U1B的输出端电连接，所述第一运算放大器U1A的输出端以及所述第二运算放大器U1B的输出端均与所述差分运放电路C的输入端电连接。运放隔离电路B将模拟电压信号隔离之后输入到下一级差分运放电路运算。

所述差分运放电路C包括第二电阻R2、第三电阻R5、第四电阻R6、第五电阻R10、第六电阻R3、第三电容C2、第四电容C5和第三运算放大器U2，所述第一运算放大器U1A的输出端通过第二电阻R2与所述第三运算放大器U2的正输入端电连接，所述第二运算放大器U1B的输出端通过第三电阻R5与所述第三运算放大器U2的负输入端电连接，所述第四电阻R6的一端与所述第三运算放大器U2的正输入端电连接，所述第四电阻R6的另一端接地，所述第三运算放大器U2的负输入端通过第五电阻R10与所述第三运算放大器U2的输出端电连接，所述第三运算放大器U2的电源端与电源VCC1电连接，所述第三电容C2的一端与电源VCC1电连接，所述第三电容C2的另一端接地，所述第六电阻R3的一端与所述第三运算放大器U2的输出端电连接，所述第六电阻R3的另一端、所述第四电容C5的一端均与所述滤波放大电路D的输入端电连接，所述第四电容C5的另一端接地。差分运放电路C通过差分运放运算之后将光脉冲信号转换电路A中电阻R1两端电压差值输出给后级放大电路进行放大和滤波。

所述滤波放大电路D包括第七电阻R7、第八电阻R9、第九电阻R4、第五电容C3、第六电容C7、第七电容C6和第四运算放大器U3，所述第四运算放大器U3的电源端与电源VCC2电连接，所述第五电容C3的一端与电源VCC2电连接，所述第五电容C3的另一端接地，所述第六电阻R3的另一端、所述第四电容C5的一端均与第四运算放大器U3的正输入端电连接，所述第七电阻R7的一端与第四运算放大器U3的负输入端电连接，所述第七电阻R7的另一端接地，所述第四运算放大器U3的负输入端通过第八电阻R9与所述第四运算放大器U3的输出端电连接，所述第六电容C7与所述第八电阻R9并联，所述第九电阻R4的一端与所述第四运算放大器U3的输出端电连接，第七电容C6的一端、所述模数转换电路E的输入端均与所述第九电阻R4的另一端电连接，所述第七电容C6的另一端接地。滤波放大电路D将弱小的电压信号进行放大，经滤波之后输出到下一级。

所述控制器电路为单片机电路，所述模数转换电路E还包括用于模数转换的ADC芯片，所述单片机电路通过所述ADC芯片与所述第九电阻R4的另一端电连接。

如图1所示，本实用新型包括光脉冲信号转换电路A(即光电转换电路A)，运放隔离电路B，差分运放电路C，滤波放大电路D，模数转换电路E。光脉冲信号转换电路A的偏置电阻与运放隔离电路B的输入端相连，运放隔离电路B的输出端与差分运放电路C的输入端相连，差分运放电路C的输出端与滤波放大电路D的输入端相连，滤波放大电路D的输出端与模数转换电路E相连，模数转换电路的单片机与飞秒光纤种子源的电源驱动模块相连，电源驱动模块与种子源的光学模块相连，单片机控制飞秒光纤种子源的电源驱动模块，电源驱动模块控制飞秒光纤种子源的光学模块，输出对应功率的激光。

如图1所示，所述的光脉冲信号转换电路A由两个电阻，一个电容，一个光电管组成。电源VDD经电阻R1，电容C4滤波之后进入光电管D1阴极，光电管D1阳极连接电阻R8，电阻R8接地。光脉冲入射光电管后，在电阻R1上面形成压降，将电阻R1两端电压信号连接到下一级运放隔离电路B。该电路将光脉冲信号强弱转变成电压信号的大小，得到电路可以处理的电压信号。

如图1所示，所述的运放隔离电路B由运放U1和电容C1组成。光脉冲信号放大电路A中的电阻R1两端分别接入运放隔离电路B中U1A的第三脚和U1B第五脚，电源VCC1经电容C1滤波之后输入U1A的第八脚，U1A的第二脚连接U1A的第一脚，然后输入到下一级，U1B的第六脚连接U1B的第7脚，然后输入到下一级差分运放电路C。该电路将模拟电压信号隔离之后输入到下一级差分运放电路运算。

如图1所示，所述的运放差分电路C由五个电阻，两个电容，一个运放组成。电源VCC1经电容C2滤波之后与U2的第七脚相连，电阻R2左端连接上一级U1A的第一脚，R2右端连接运放U2的第三脚，且与电阻R6相连，R6的下端接地，电阻R5的左端与上一级U1B的第七脚相连，右端与U2的第二脚相连，且与电阻R10的左端相连，R10的右端与U2的第六脚相连，且与电阻R3的左端相连，R3的右端与电容C5相连组成滤波电路，将差分运算的电压信号输出到下一级滤波放大电路D。该电路通过差分运放运算之后将光脉冲信号转换电路A中电阻R1两端电压差值输出给后级放大电路进行放大和滤波。

如图1所示，所述的滤波放大电路D由三个电阻，三个电容，一个运放组成。电源VCC2经电容C3滤波后输入运放U3的第七脚，U3的第三脚接上一级R3右端输出的电压信号，U3的第二脚与R7的上端相连，且与R9，C7的左端相连，R7的下端接地，R9、C7的右端与运放U3的第六脚相连，且与电阻R4的左端相连，R4的右端与电容C6的上端相连，将滤波后的电压信号输出到下一级模数转换电路E。该电路的作用是将弱小的电压信号进行放大，经滤波之后输出到下一级。

如图1所示，所述的模数转换电路E由ADC芯片，单片机组成。滤波放大电路D的输出端与ADC芯片的输入端相连，ADC芯片的输出端与单片机相连。该电路通过单片机编程设置与种子源激光功率相对应的参考功率值(所涉及的单片机程序为现有程序，只需修改程序数据，未做创造性的改进)，从而控制电源驱动模块工作，电源驱动模块驱动光学模块输出激光，输出的激光经过本实用新型的电路监测反馈激光脉冲的功率，根据与设定的参考功率值比较实现激光功率的补偿调节。若单片机采集到的电压值小于参考功率值对应的电压值，则增大电源驱动模块的输出，进而增大光学模块的激光功率。

本实用新型电路通过上述闭环调节控制系统，最终保证飞秒光纤种子源功率的精准度、稳定性、一致性，进而延长了超快光纤激光器的使用寿命。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，其特征在于：包括光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E，沿电信号的传输方向，所述光电转换电路A、运放隔离电路B、差分运放电路C、滤波放大电路D以及模数转换电路E依次电连接，所述光电转换电路A包括接收光学模块光信号的光电管D1、电压随光信号变化的偏置电阻R1，所述偏置电阻R1的一端与光电管的阴极串联，所述偏置电阻R1的另一端接电源VDD，所述偏置电阻R1的两端均与所述运放隔离电路B的输入端电连接，所述模数转换电路E包括接收反馈信号进而调节电源驱动模块以改变光学模块功率的控制器电路，所述控制器电路与所述滤波放大电路D的输出端电连接。

2.如权利要求1所述的飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，其特征在于：所述光电转换电路A还包括第一电阻R8和第一电容C4，所述光电管D1的阳极通过所述第一电阻R8接地，所述第一电容C4的一端与所述偏置电阻R1的一端电连接，所述第一电容C4的另一端接地。

3.如权利要求1所述的飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，其特征在于：所述运放隔离电路B包括第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B和第二电容C1，所述偏置电阻R1的一端与所述第二运算放大器U1B的正输入端电连接，所述偏置电阻R1的另一端与第一运算放大器U1A的正输入端电连接，所述第一运算放大器U1A的电源端与电源VCC1电连接，所述第二电容C1的一端与电源VCC1电连接，所述第二电容C1的另一端接地，所述第一运算放大器U1A的负输入端与所述第一运算放大器U1A的输出端电连接，所述第二运算放大器U1B的负输入端与所述第二运算放大器U1B的输出端电连接，所述第一运算放大器U1A的输出端以及所述第二运算放大器U1B的输出端均与所述差分运放电路C的输入端电连接。

4.如权利要求3所述的飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，其特征在于：所述差分运放电路C包括第二电阻R2、第三电阻R5、第四电阻R6、第五电阻R10、第六电阻R3、第三电容C2、第四电容C5和第三运算放大器U2，所述第一运算放大器U1A的输出端通过第二电阻R2与所述第三运算放大器U2的正输入端电连接，所述第二运算放大器U1B的输出端通过第三电阻R5与所述第三运算放大器U2的负输入端电连接，所述第四电阻R6的一端与所述第三运算放大器U2的正输入端电连接，所述第四电阻R6的另一端接地，所述第三运算放大器U2的负输入端通过第五电阻R10与所述第三运算放大器U2的输出端电连接，所述第三运算放大器U2的电源端与电源VCC1电连接，所述第三电容C2的一端与电源VCC1电连接，所述第三电容C2的另一端接地，所述第六电阻R3的一端与所述第三运算放大器U2的输出端电连接，所述第六电阻R3的另一端、所述第四电容C5的一端均与所述滤波放大电路D的输入端电连接，所述第四电容C5的另一端接地。

5.如权利要求4所述的飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，其特征在于：所述滤波放大电路D包括第七电阻R7、第八电阻R9、第九电阻R4、第五电容C3、第六电容C7、第七电容C6和第四运算放大器U3，所述第四运算放大器U3的电源端与电源VCC2电连接，所述第五电容C3的一端与电源VCC2电连接，所述第五电容C3的另一端接地，所述第六电阻R3的另一端、所述第四电容C5的一端均与第四运算放大器U3的正输入端电连接，所述第七电阻R7的一端与第四运算放大器U3的负输入端电连接，所述第七电阻R7的另一端接地，所述第四运算放大器U3的负输入端通过第八电阻R9与所述第四运算放大器U3的输出端电连接，所述第六电容C7与所述第八电阻R9并联，所述第九电阻R4的一端与所述第四运算放大器U3的输出端电连接，第七电容C6的一端、所述模数转换电路E的输入端均与所述第九电阻R4的另一端电连接，所述第七电容C6的另一端接地。

6.如权利要求5所述的飞秒光纤种子源脉冲功率监测反馈电路，其特征在于：所述控制器电路为单片机电路，所述模数转换电路E还包括用于模数转换的ADC芯片，所述单片机电路通过所述ADC芯片与所述第九电阻R4的另一端电连接。

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