基于数控反馈的激光光强稳定装置

1.本发明涉及激光调制的技术领域，特别涉及基于数控反馈的激光光强稳定装置。


背景技术：

2.激光器广泛应用于工业、通信和医学等不同领域，激光器输出的激光光强作为激光器的一个重要性能参数，对于激光器的工作具有关键的作用。激光光强作为激光器唯一一个可被光电探测器检查的物理量，光强的变化对于监测结果和加工效果的影响是不可忽略的。比如，在光谱测量中，激光光强的抖动会带来较大的背景噪声。对于半导体激光器而言，稳定光强的主要方法包括内部控制和外部反馈控制。其中，内部控制集中在对半导体激光器进行电流的精确控制和温度的补偿，外部反馈控制则集中在利用反馈稳定装置对激光器进行声光调制模式的光强反馈调节，进而实现输出光强的稳定。现有的基于pid外部反馈的光强稳定装置可在设定范围内实现光强的稳定，当时这些装置的造价昂贵，且操作不便，无法对半导体激光器进行可视化的便捷光强稳定调制。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于数控反馈的激光光强稳定装置，包括光束整形模块，对半导体激光器输出的激光进行整形和准直；分光模块，将激光分成输出光束和探测光束，探测光束用于进行数控反馈调节；数控反馈调节模块，检测探测光束的光强，以此对光束整形模块内部的激光束进行差分反馈形式的声光调制，从而将输出光束的光强稳定在相应强度值；该激光光强稳定装置利用光强检测和数控反馈相结合的方式对激光光强进行直接稳定，其通过声光调制方式对半导体激光器光强在一定工作范围内任意值的稳定，其只需要在计算机上进行简单操作，即可实现对半导体激光器光强的可视化和精确稳定。
4.本发明提供基于数控反馈的激光光强稳定装置，包括：
5.光束整形模块，包括沿半导体激光器的出光方向依次设置的整形棱镜和准直透镜组；
6.分光模块，设置在所述光束整形模块于所述出光方向的下游位置，用于将从所述准直透镜组出射的激光束分成输出光束和探测光束；
7.数控反馈调节模块，设置在所述探测光束上，包括相互连接的光强检测子模块和声光调制子模块；
8.所述光强检测子模块用于检测所述探测光束的光强；
9.所述声光调制子模块用于根据所述光强，对所述光束整形模块内部的激光束进行差分反馈形式的声光调制，从而将所述输出光束的光强稳定在相应强度值。
10.进一步，所述准直透镜组包括沿所述出光方向依次设置的第一透镜和第二透镜；所述第一透镜与所述第二透镜之间的间距等于所述第一透镜的焦距与所述第二透镜的焦距之和。
11.进一步，所述分光模块包括沿所述出光方向依次设置的二分之一玻片和偏振分光棱镜。
12.进一步，从所述准直透镜组出射的激光束依次经过所述二分之一玻片和所述偏振分光棱镜后，从所述偏振分光棱镜反射出射的光束作为所述输出光束，从所述偏振分光棱镜透射出射的光束作为所述探测光束。
13.进一步，在所述分光模块出射所述输出光束的光路上还设置有反射镜，用于对所述输出光束进行偏转反射。
14.进一步，所述光强检测子模块包括光功率计。
15.进一步，所述声光调制子模块包括计算机、放大电路、射频驱动器和声光晶体；
16.所述计算机与所述光强检测子模块连接，用于根据所述光强与目标光强进行差分处理，生成控制电压信号；
17.所述计算机还与所述放大电路连接，用于向所述放大电路输出所述控制电压信号；所述放大电路用于对所述控制电压信号进行放大处理；
18.所述放大电路与所述射频驱动器连接，用于将放大处理后的控制电压信号输出至所述射频驱动器；
19.所述射频驱动器与所述声光晶体连接，用于根据放大处理后的控制电压信号，向所述声光晶体施加声波场。
20.进一步，所述计算机与所述放大电路通过耳机线连接；所述耳机线的一端与所述计算机的耳机口连接，另一端通过bnc接头与所述放大电路连接。
21.进一步，所述声光晶体设置在所述准直透镜组的内部。
22.进一步，所述声光晶体为二氧化碲。
23.相比于现有技术，该基于数控反馈的激光光强稳定装置包括光束整形模块，对半导体激光器输出的激光进行整形和准直；分光模块，将激光分成输出光束和探测光束，探测光束用于进行数控反馈调节；数控反馈调节模块，检测探测光束的光强，以此对光束整形模块内部的激光束进行差分反馈形式的声光调制，从而将输出光束的光强稳定在相应强度值；该激光光强稳定装置利用光强检测和数控反馈相结合的方式对激光光强进行直接稳定，其通过声光调制方式对半导体激光器光强在一定工作范围内任意值的稳定，其只需要在计算机上进行简单操作，即可实现对半导体激光器光强的可视化和精确稳定。
24.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
25.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
26.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。
27.图1为本发明提供的基于数控反馈的激光光强稳定装置的结构示意图。
28.附图标记：1、半导体激光器；2、整形棱镜；3、第一透镜；4、声光晶体；5、第二透镜；6、二分之一玻片；7、偏振分光棱镜；8、反射镜；9、功率计；10、计算机；11、耳机线；12、放大电路；13、射频驱动器。
具体实施方式
29.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。
30.参阅图1，为本发明实施例提供的基于数控反馈的激光光强稳定装置的结构示意图。该基于数控反馈的激光光强稳定装置包括光束整形模块、分光模块和数控反馈调节模块。其中，光束整形模块用于对半导体激光器1输出的激光束进行整形和准直调节，保证激光束的光束质量。分光模块，设置在光束整形模块于出光方向的下游位置，从光束整形模块输出的激光束进入到分光模块后，被分光模块分成输出光束和探测光束，其中输出光束可用于进行实际的激光测量或加工等操作，探测光束则作为对半导体激光器进行数控反馈光强调节的参考光束。数控反馈调节模块，设置在探测光束上，包括相互连接的光强检测子模块和声光调制子模块；通过光强检测子模块检测探测光束的光强，以此为后续进行数控反馈光强调节提供参考依据；通过声光调制子模块根据光强，对光束整形模块内部的激光束进行差分反馈形式的声光调制，从而将输出光束的光强稳定在相应强度值，声光调制子模块利用pid反馈控制方式来对半导体激光器输出的光束进行声光调制，使半导体激光器输出的激光光强能够稳定在相应光强值。
31.在光束整形模块中，整形棱镜2可为楔形棱镜对，楔形棱镜对能够对激光束进行光束横截面整形，当半导体激光器1发出的激光束透射穿过楔形棱镜对后，激光束的光束横截面由椭圆形变成圆形。准直透镜组用于对从整形棱镜2出射的激光束进行准直调节。准直透镜组可包括沿出光方向依次设置的第一透镜3和第二透镜5；第一透镜3与第二透镜5之间的间距等于第一透镜3的焦距与第二透镜5的焦距之和，这样第一透镜3和第二透镜5组成一个4f光学系统，从而对激光束进行准直调节。优选地，第一透镜3的焦距与第二透镜5的焦距可相同或不同，当两个透镜的焦距不同时，准直透镜组还能够对激光束进行扩束或缩束。
32.分光模块可包括沿半导体激光器1的出光方向依次设置的二分之一玻片6和偏振分光棱镜7。半导体激光器1出射的激光束为线偏振光，从光束整形模块出射的激光束依次经过二分之一玻片6和偏振分光棱镜7会被分成两个光强相等的输出光束和探测光束；优选地，从准直透镜组出射的激光束依次经过二分之一玻片6和偏振分光棱镜7后，从偏振分光棱镜7反射出射的光束作为输出光束，从偏振分光棱镜7透射出射的光束作为探测光束。其中，在输出光束对应的光路上还可设置有反射镜8，反射镜8可与输出光束的传播方向成一定倾斜角度设置，从而将输出光束进行相应角度的偏转反射。
33.在数控反馈调节模块中，光强检测子模块包括光功率计9；其中，光功率计9可为但不限于是thorlabs公司研发的pm100d光功率计。光功率计9设置在探测光束相应的光路上，用于检测探测光束的光强，并将光强输入到声光调制子模块，以此作为对半导体激光器进行声光调制的参考依据。
34.声光调制子模块包括计算机10、放大电路12、射频驱动器13和声光晶体4。其中，计算机10可为但不限于是戴尔precision3571笔记本计算机，计算机5上可安装并运行labview程序；放大电路12可为但不限于是瑞典flc公司研发的f10a或f10ad电压放大器；射频驱动器13可为但不限于是赫尔纳公司研发的oem aaopto-electronic射频驱动器。计算机10内部安装有labview程序，即laboratory virtual instrument engineering workbench，是由美国国家仪器公司ni研发的集成化程序，这样计算机10接收到来自光功率计9检测的光强后，会在labview程序界面上直接显示，并且用户也可以通过labview程序界面直接输入半导体激光器1期望稳定的光强值，从而实现对半导体激光器1的可视化光强调制。
35.计算机10与光强检测子模块连接，用于根据光强与目标光强进行差分处理，生成控制电压信号，光功率计9检测得到的光强输入到计算机10后会被计算机10自带的声卡转换为控制电压信号。计算机10与放大电路12通过耳机线11连接；耳机线11的一端与计算机10的耳机口连接，另一端通过bnc接头与放大电路12连接；放大电路12将接收到的控制电压信号进行放大处理后传输到射频驱动器17。放大电路12与射频驱动器13连接，用于将放大处理后的控制电压信号输出至射频驱动器13；射频驱动器13与声光晶体4连接，用于根据放大处理后的控制电压信号，向声光晶体4施加声波场，这样声光晶体4会对透射穿过其中的激光束进行声光调制，实现对激光束的光强稳定。其中，声光晶体4可为但不限于是gooch&housego公司出品的型号为3110-120二氧化碲材质声光晶体。声光晶体4还可设置在准直透镜组的内部，优选设置在第一透镜3和第二透镜5之间。
36.该基于数控反馈的激光光强稳定装置的工作过程如下：半导体激光器1输出的激光束通过整形棱镜2进行光斑形状整形和第一透镜3与第二透镜5进行准直聚焦，再通过二分之一玻片6和偏振分光棱镜7后进行偏振分光，得到输出光束和探测光束，其中探测光束的光强可为但不限于是数毫瓦。光功率计9对探测光束进行光强检测后，将光强检测结果传输到计算机10，计算机10会显示探测光束的光强值。当需要对半导体激光器1进行光强稳定调节时，用户会在计算机10的labview程序界面输入需要稳定的激光的目标光强值，labview程序运行后，针对目标光强值和光功率计9检测到的光强值进行差值运算，将得到的差值发送到labview程序。若差值等于0(此时表明半导体激光器1输出的激光光强值与目标光强值相同)，则labview程序会输出一个恒定值，此时计算机10的声卡不会向放大电路输出电压信号，即不需要触发声光晶体4对激光束进行声光调制。若差值不等于0(此时表明半导体激光器1输出的激光光强值与目标光强值不相同)，则labview程序进行积分反馈调制工作模式，通过计算机10的声卡将控制电压信号发送到放电路12和射频驱动器13，从而控制声光晶体4对激光进行光强调制，通过不断的循环反馈声光调制，将半导体激光器1输出的激光光强最终调节成与目标光强值相同，从而实现对半导体激光器1的激光光强稳定。上述激光光强的稳定过程，与现有的稳定光强的方法相比，具有操作简单的特点，只需要在labview程序中输入一个设定的目标光强值，就可以实现半导体激光器的激光光强在工作范围内的稳定，而且激光光强稳定的效果完全依赖于光功率计的精度，不受外界环境的干扰。通过观测记录，本发明的激光光强稳定装置可实现激光光强的长时间稳定。相比于现有稳定光强的方法需要采用pid模块，探测器等设备，本发明只用到一台计算机，和计算机耳机口的声卡输出，就实现了数字信号与电压信号的转化，进而实现了激光光强的稳定。
37.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.基于数控反馈的激光光强稳定装置，包括：光束整形模块，包括沿半导体激光器的出光方向依次设置的整形棱镜和准直透镜组；分光模块，设置在所述光束整形模块于所述出光方向的下游位置，用于将从所述准直透镜组出射的激光束分成输出光束和探测光束；数控反馈调节模块，设置在所述探测光束上，包括相互连接的光强检测子模块和声光调制子模块；所述光强检测子模块用于检测所述探测光束的光强；所述声光调制子模块用于根据所述光强，对所述光束整形模块内部的激光束进行差分反馈形式的声光调制，从而将所述输出光束的光强稳定在相应强度值。2.如权利要求1所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：所述准直透镜组包括沿所述出光方向依次设置的第一透镜和第二透镜；所述第一透镜与所述第二透镜之间的间距等于所述第一透镜的焦距与所述第二透镜的焦距之和。3.如权利要求1所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：所述分光模块包括沿所述出光方向依次设置的二分之一玻片和偏振分光棱镜。4.如权利要求3所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：从所述准直透镜组出射的激光束依次经过所述二分之一玻片和所述偏振分光棱镜后，从所述偏振分光棱镜反射出射的光束作为所述输出光束，从所述偏振分光棱镜透射出射的光束作为所述探测光束。5.如权利要求1所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：在所述分光模块出射所述输出光束的光路上还设置有反射镜，用于对所述输出光束进行偏转反射。6.如权利要求1所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：所述光强检测子模块包括光功率计。7.如权利要求1所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：所述声光调制子模块包括计算机、放大电路、射频驱动器和声光晶体；所述计算机与所述光强检测子模块连接，用于根据所述光强与目标光强进行差分处理，生成控制电压信号；所述计算机还与所述放大电路连接，用于向所述放大电路输出所述控制电压信号；所述放大电路用于对所述控制电压信号进行放大处理；所述放大电路与所述射频驱动器连接，用于将放大处理后的控制电压信号输出至所述射频驱动器；所述射频驱动器与所述声光晶体连接，用于根据放大处理后的控制电压信号，向所述声光晶体施加声波场。8.如权利要求7所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：所述计算机与所述放大电路通过耳机线连接；所述耳机线的一端与所述计算机的耳机口连接，另一端通过bnc接头与所述放大电路连接。9.如权利要求7所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：所述声光晶体设置在所述准直透镜组的内部。10.如权利要求7所述的基于数控反馈的激光光强稳定装置，其特征在于：所述声光晶体为二氧化碲。

技术总结
本发明提供基于数控反馈的激光光强稳定装置，其包括光束整形模块，对半导体激光器输出的激光进行整形和准直；分光模块，将激光分成输出光束和探测光束，探测光束用于进行数控反馈调节；数控反馈调节模块，检测探测光束的光强，以此对光束整形模块内部的激光束进行差分反馈形式的声光调制，从而将输出光束的光强稳定在相应强度值；该激光光强稳定装置利用光强检测和数控反馈相结合的方式对激光光强进行直接稳定，其通过声光调制方式对半导体激光器光强在一定工作范围内任意值的稳定，其只需要在计算机上进行简单操作，即可实现对半导体激光器光强的可视化和精确稳定。激光器光强的可视化和精确稳定。激光器光强的可视化和精确稳定。


技术研发人员：冯国胜 乔志星 银涛 张辉
受保护的技术使用者：山西医科大学第一医院
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/19