CN213341068U - 固体激光器的功率反馈采集电路与固体激光机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种固体激光器的功率反馈采集电路与固体激光机，固体激光器的功率反馈采集电路包括光电转换电路，所述光电转换电路包括：正极接地的光电二极管、用于将所述反相偏置电流信号转换为电压信号的反馈电阻、第一电容和第一运算放大器。本申请能够解决如何对强度较弱的待检测光信号进行准确测量的问题。

Description

固体激光器的功率反馈采集电路与固体激光机

技术领域

本实用新型涉及固体激光器领域。更具体地说，本实用新型涉及一种固体激光器的功率反馈采集电路与固体激光机。

背景技术

需要声明的是，本文于此处涉及的技术内容，是为提高对于本申请的理解而作出的，并不代表这些内容必然地能够被视为现有技术。

LD(半导体)泵浦固体激光器简称DPSSL，由于其将固体半导体作为激光光源，所以也被称作全固化激光器。因为固体激光器采用脉冲工作方式，具有高效率，长寿命工作方式可达几万小时，因此在工业领域被广泛使用。

在上述固体激光器的功率测量领域，通常采用热电转换技术实现，这种技术一般要考虑到散热，所以根据该技术制备的用于功率测量的设备，不仅体积大、生产成本高、不适合集成到固体激光器的腔体内部。更重要的是，当由于待检测光信号为弱信号时，现有技术中用于功率测量的设备对于待待测光信号非常不敏感，无法准确对待待测光信号进行准确测量。

实用新型内容

基于背景中所提出的在先技术缺陷，本实用新型提出了一个目的，即，至少解决上述在先技术缺陷导致的问题，并提供至少后面将说明的优点。

现有技术中用于功率测量的设备对于待待测光信号非常不敏感，无法准确对待检测光信号进行准确测量。所以，本申请提出的再一个发明目的是，解决如何对强度较弱的待检测光信号进行准确测量的问题；主要采取利用光电二极管检测弱光信号的手段解决前述问题的。因为光电二极管具有很宽的光谱效应，对弱光比较敏感，响应光信号的时间极短，能够很好地对弱光信号进行检测。

更进一点讲，本实用新型通过以下诸技术方案实现：

<本申请的第一方面>

第一方面提供了一种固体激光器的功率反馈采集电路，包括光电转换电路，所述光电转换电路包括：

正极接地的光电二极管，用于接收固体激光器发射的光信号，并将所述光信号转换成反相偏置电流信号；和

用于将所述反相偏置电流信号转换为电压信号的反馈电阻，该反馈电阻包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，第一电阻的一端与光电二极管的负极连接；第二电阻的一端与第一电阻连接；第三电阻的一端与第一电阻连接，另一端接地的第三电阻；和

第一电容，第一电容的一端与光电二极管的负极连接，第一电容为稳压电容，能够起到滤波和稳压的作用；和

第一运算放大器，第一运算放大器的反相输入端分别与光电二极管的负极、第一电阻的另一端、第一电容的另一端连接。

在一些技术方案中，所述光电二极管为具有带通滤波片的增强型光电二极管。

在一些技术方案中，所述功率反馈采集电路还包括差动放大电路，所述差动放大电路用于放大所述电压信号并且减少功率反馈采集电路中干扰信号对所述电压信号的影响。

在一些技术方案中，所述的差动放大电路包括：

第四电阻，该第四电阻的一端与第一运算放大器的输出端连接；和

第五电阻；和

第六电阻；和

第七电阻，该第七电阻的一端接地；和

第八电阻，该第八电阻的一端用于与一基准电压源连接；和

第九电阻；和

第二运算放大器，其中，第二运算放大器的正向输入端接地；该第二运算放大器的反相输入端分别与第四电阻的另一端、第五电阻的一端连接；和

第三运算放大器；其中，第三运算放大器的反相输入端分别与第八电阻的另一端、第九电阻的一端连接；第三运算放大器的正向输入端分别与第六电阻的一端、第七电阻的另一端连接；第三运算放大器的输出端分别与第五电阻的另一端、第六电阻的另一端、第九电阻的另一端连接。

在一些技术方案中，所述功率反馈采集电路还包括信号调理电路，所述信号调理电路用于对差动放大电路放大后的电压信号进行有源二阶低通滤波和跟随。

在一些技术方案中，所述信号调理电路包括：

第十电阻；和

第十一电阻，其一端与第十电阻的一端连接；和

第十二电阻，其一端接地，另一端与第十电阻的另一端连接；和

第二电容，其一端与第十电阻的另一端连接；

第三电容，其一端接地，另一端与第十一电阻的一端连接；和

第四运算放大器，第四运算放大器的正相输入端分别与第十一电阻的另一端和第三电容的另一端连接，第四运算放大器的输出端分别与第四运算放大器的正相输入端和第二电容的另一端相连，其中，

第四运算放大器的输出端还用于与一数字电路连接，将模拟信号转换为数字信号。

在一些技术方案中，第十二电阻为负载电阻。

<本申请的第二方面>

第二方面提供了一种固体激光机，包括第一方面所述的固体激光器的功率反馈采集电路。

本申请至少具备以下有益效果：

本申请在检测固体激光器输出光的功率过程中，利用光电二极管将光信号转换为电压信号，根据该电压信号测算固体激光器输出光信号的功率。由于光电二极管具有很宽的光谱效应，对弱光比较敏感，响应光信号的时间极短；所以，当待检测光信号为弱光信号时，本申请仍然能够对该待检测光信号进行实现快速的弱光信号转换，并完成准确地测量工作。

此外，本申请还通过第三电阻有效的降低了所述电信号的噪声。只要将第三电阻下拉到地上，就可以为反馈电压增加一个负载，吸收一部分因空载形成的噪音电压信号，从而起到了为所述电压信号去噪的作用。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本申请的固体激光器的功率反馈采集电路在一些实施例中的原理框图；

图2为本申请的固体激光器的功率反馈采集电路在一些实施例中的电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，本申请实施例中的术语“第一”、“第二”至“第十二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”至“第十二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或器件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。再者，术语“包括”和“设置有”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除以上所述外，仍需要强调的是，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

<第一方面>

如图1-2所示，第一方面提供了一种固体激光器的功率反馈采集电路，包括光电转换电路100，所述光电转换电路100包括：

正极接地的光电二极管D1，用于接收固体激光器发射的光信号，并将所述光信号转换成反相偏置电流信号；和

用于将所述反相偏置电流信号转换为电压信号的反馈电阻，该反馈电阻包括：一端与光电二极管D1的负极连接的第一电阻R1；一端与第一电阻R1连接的第二电阻R2；一端与第一电阻R1连接，另一端接地的第三电阻R3；和

第一电容C1，第一电容C1的一端与光电二极管D1的负极连接，第一电容C1为稳压电容，能够起到滤波和稳压的作用；和

第一运算放大器IC1A，第一运算放大器IC1A的反相输入端分别与光电二极管D1的负极、第一电阻R1的另一端、第一电容C1的另一端连接。

由于传统技术在检测固体激光器输出光信号的功率时，都是直接测量固体激光器出光口处输出光信号的功率，而出光口处的功率一般都比较大，这就使得在检测固体激光器发射光的功率时，没有办法同步使用固体激光器。而本申请通过从固体激光器光路中分离出来一路强度较弱的待检测光信号，用来检测固体激光器输出光信号的功率，则可以解决如何在检测固体激光器发射光的功率时同步使用固体激光器的问题。

固体激光器输出的光信号的功率与由该光信号转换形成的电压信号对应的电压之间成正相关关系，所以只要根据检测出电压信号，就能够知晓固体激光器在光信号输出的的功率，便于对其进行调控。本申请至少是部分地根据前述原理作出的，具体地，如前文所述，主要是通过所述光电转换电路100将固体激光器发射的光信号转换为电压信号来实现的，所述光电转换电路100的工作原理如下：

光电二极管D1的负载电阻构成了第一运算放大器IC1A两个输入端(两个输入端指的是运算放大器的正相输入端和反相输入端)间的输入阻抗，因此当第一运算放大器IC1A运放的放大倍数和反馈电阻大于预定标准(预定标准可以由本领域技术人员根据实际需要确定)时，光电二极管可以被视为处于短路状态。由此，光电二极管根据接收的光信号，能输出理想的短路状态下的反相偏置电流，该反相偏置电流通过反馈电阻(即第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3)变成负的电压信号。

需要说明的是，反馈电阻(即第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3)是用来采集光电二极管D1的反相偏置电流用的，把电路中的电流信号变成电压信号，在电流一定的条件下，反馈电阻的大小可以改变输出电压的大小。

光电二极管根据接收的光信号，能输出理想的短路状态下的反相偏置电流的原理在于：根据二极管的正向导电特性，其变成正相阻抗时，阻抗值很小，变成负相阻抗时，阻抗值很大，能够保证通过二极管的电流流通时的单向性。所以，在光电二极管D1的正相接地的条件下，光电二极管D1导通正向电压也是地，另外一端就必须是负电；相应地，所有反馈电阻(包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3)采集的是负电流，因为如果是正电流，光电二极管不能导通。

综上，本申请在检测固体激光器输出光的功率过程中，利用光电二极管将光信号转换为电压信号，根据该电压信号测算固体激光器输出光信号的功率。由于光电二极管具有很宽的光谱效应，对弱光比较敏感，响应光信号的时间极短；所以，当待检测光信号为弱光信号时，本申请仍然能够对该待检测光信号进行实现快速的弱光信号转换，并完成准确地测量工作。

此外，本申请还通过第三电阻R3有效的降低了所述电信号的噪声。只要将第三电阻R3下拉到地上，就可以为反馈电压增加一个负载，吸收一部分因空载形成的噪音电压信号，从而起到了为所述电压信号去噪的作用。

在一些实施方式中，所述光电二极管为具有带通滤波片的增强型光电二极管。

在一些实施方式中，所述功率反馈采集电路还包括：差动放大电路200，用于放大所述电压信号并且减少功率反馈采集电路中干扰信号对所述电压信号的影响。因为固体激光器中会产生类似引导光信号的干扰信号，所以必须应用差动放大电路200把这种信号去除。所述功率反馈采集电路可以通过现有技术实现。

在一些实施方式中，所述的差动放大电路200包括：

第四电阻R4，该第四电阻R4的一端与第一运算放大器IC1A的输出端连接；和

第五电阻R5；和

第六电阻R6；和

第七电阻R7，该第七电阻R7的一端接地；和

第八电阻R8，该第八电阻R8的一端用于与一基准电压源连接；和

第九电阻R9；和

第二运算放大器IC1B，其中，第二运算放大器IC1B的正向输入端接地；该第二运算放大器IC1B的反相输入端分别与第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的一端连接；和

第三运算放大器IC2B；其中，第三运算放大器IC2B的反相输入端分别与第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的一端连接；第三运算放大器IC2B的正向输入端分别与第六电阻R6的一端、第七电阻R6的另一端连接；第三运算放大器IC2B的输出端分别与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端、第九电阻R9的另一端连接。

本申请中，利用第二运算放大器IC1B的比例放大并反转输入功能，把光电二极管D1采集的所述电压信号由负压信号转换为正压信号。光电二极管D1的转换电压利用由第二运算放大器IC2B构成的差动放大电路200，减去基准电压源中的基准电压REF+，可以有效的去除固体激光器中引导光产生的偏置电压；同时还可以放大两个电压之差，抑制共模电压，有效扩大电压转换范围，方便后续信号处理中的数字处理。

进一步地，在一些实施方式中，所述功率反馈采集电路还包括：信号调理电路300，对差动放大电路200放大后的电压信号进行有源二阶低通滤波和跟随所述信号调理电路300可以通过现有技术实现。

进一步地，在一些实施方式中，所述信号调理电路300包括：

第十电阻R10；和

第十一电阻R11，其一端与第十电阻R10的一端连接；和

第十二电阻R12，其一端接地，另一端与第十电阻R10的另一端连接；和

第二电容C2，其一端与第十电阻R10的另一端连接；

第三电容C3，其一端接地，另一端与第十一电阻R11的一端连接；和

第四运算放大器IC2A，第四运算放大器IC2A的正相输入端分别与第十一电阻R11的另一端和第三电容C3的另一端连接，第四运算放大器IC2A的输出端分别与第四运算放大器IC2A的正相输入端和第二电容C2的另一端相连，其中，

第四运算放大器IC2A的输出端还用于与一数字电路AD连接，用于将模拟信号转换为数字信号。

本方案能够实现的有益效果包括：第十电阻R10、第十一电阻R11和第二电容C2、第三电容C3与第四运算放大器IC2A组成二阶有源低通滤波器，通过有源低通滤波器可以有效降低电路中电压的波动，让干扰信号快速衰减，提高信噪比。因为固体激光器都是脉冲信号，所有必须有滤波才可以保证电压的稳定性。

在一些实施方式中，第十二电阻R12为负载电阻。第十二电阻R12为负载电阻，可以有效吸收电路中因空载产生的异常电压。在电压是零的情况下，可以把滤波电容上面的电压往地上导，实现电容的快速充放电，防止发生功率为零了，电容上面还有电，造成还有电压输出情况。

<第二方面>

第二方面提供了一种固体激光机，包括第一方面所述的功率反馈采集电路。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.固体激光器的功率反馈采集电路，包括光电转换电路，所述光电转换电路包括：

正极接地的光电二极管，用于接收固体激光器发射的光信号，并将所述光信号转换成反相偏置电流信号；和

用于将所述反相偏置电流信号转换为电压信号的反馈电阻，该反馈电阻包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，第一电阻的一端与光电二极管的负极连接；第二电阻的一端与第一电阻连接；第三电阻的一端与第一电阻连接，另一端接地的第三电阻；和

第一电容，第一电容的一端与光电二极管的负极连接，第一电容为稳压电容，能够起到滤波和稳压的作用；和

第一运算放大器，第一运算放大器的反相输入端分别与光电二极管的负极、第一电阻的另一端、第一电容的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的功率反馈采集电路，其特征在于，所述光电二极管为具有带通滤波片的增强型光电二极管。

3.根据权利要求1所述的功率反馈采集电路，其特征在于，所述功率反馈采集电路还包括差动放大电路，所述差动放大电路用于放大所述电压信号并且减少功率反馈采集电路中干扰信号对所述电压信号的影响。

4.根据权利要求3所述的功率反馈采集电路，其特征在于，所述的差动放大电路包括：

第四电阻，该第四电阻的一端与第一运算放大器的输出端连接；和

第五电阻；和

第六电阻；和

第七电阻，该第七电阻的一端接地；和

第八电阻，该第八电阻的一端用于与一基准电压源连接；和

第九电阻；和

第二运算放大器，其中，第二运算放大器的正向输入端接地；该第二运算放大器的反相输入端分别与第四电阻的另一端、第五电阻的一端连接；和

第三运算放大器；其中，第三运算放大器的反相输入端分别与第八电阻的另一端、第九电阻的一端连接；第三运算放大器的正向输入端分别与第六电阻的一端、第七电阻的另一端连接；第三运算放大器的输出端分别与第五电阻的另一端、第六电阻的另一端、第九电阻的另一端连接。

5.根据权利要求4所述的功率反馈采集电路，其特征在于，所述功率反馈采集电路还包括信号调理电路，所述信号调理电路用于对差动放大电路放大后的电压信号进行有源二阶低通滤波和跟随。

6.根据权利要求5所述的功率反馈采集电路，其特征在于，所述信号调理电路包括：

第十电阻；和

第十一电阻，其一端与第十电阻的一端连接；和

第十二电阻，其一端接地，另一端与第十电阻的另一端连接；和

第二电容，其一端与第十电阻的另一端连接；

第三电容，其一端接地，另一端与第十一电阻的一端连接；和

第四运算放大器，第四运算放大器的正相输入端分别与第十一电阻的另一端和第三电容的另一端连接，第四运算放大器的输出端分别与第四运算放大器的正相输入端和第二电容的另一端相连，其中，

第四运算放大器的输出端还用于与一数字电路连接，将模拟信号转换为数字信号。

7.根据权利要求6所述的功率反馈采集电路，其特征在于，第十二电阻为负载电阻。

8.固体激光机，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的固体激光器的功率反馈采集电路。

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