本發(fā)明涉及激光，尤其涉及一種激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄鳌?/p>
背景技術(shù)：
1、泵浦波長(zhǎng)漂移是半導(dǎo)體激光器(laser?diode，ld)的固有性質(zhì)，就是說ld運(yùn)行時(shí)不能將全部電能轉(zhuǎn)化為光能，導(dǎo)致一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能使其升溫，ld的發(fā)射波長(zhǎng)受溫度的影響而漂移，激光晶體的泵浦能量因此受到影響，從而導(dǎo)致激光器的輸出能量不穩(wěn)定。簡(jiǎn)而言之，半導(dǎo)體激光器在運(yùn)行過程中，發(fā)射波長(zhǎng)偏離激光晶體的吸收帶會(huì)導(dǎo)致激光能量的下降。
2、目前，可通過水冷或者其他冷卻系統(tǒng)控制ld的運(yùn)行溫度，但冷卻系統(tǒng)往往會(huì)增加裝置的體積和重量，因此該方法并不適用對(duì)體積重量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景；除此之外，專利cn115986548b公開了一種溫度補(bǔ)償?shù)募す馄鬏敵龉β首詣?dòng)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法，該方法使用光敏傳感器對(duì)激光器的輸出激光進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使用閉環(huán)控制的策略對(duì)ld驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)激光輸出的穩(wěn)定，過程中同時(shí)采用了溫度傳感器對(duì)光敏傳感器的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使補(bǔ)償計(jì)算更加準(zhǔn)確；該方案雖可以校正ld溫度波動(dòng)對(duì)輸出激光的影響，但缺陷在于：為裝置額外增設(shè)了光敏傳感器和溫度傳感器，增加了光路的復(fù)雜度、降低了可靠性、且增大了裝置的體積和重量。
3、總得來說，由于現(xiàn)有對(duì)ld激光器輸出能量補(bǔ)償?shù)姆椒ù嬖冢盒枰鲈O(shè)外部器件，導(dǎo)致裝置的體積和重量增加的缺陷，基于現(xiàn)有能量補(bǔ)償方法的激光器也相應(yīng)存在：激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量增加的缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述的分析，本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄?，用以解決現(xiàn)有能夠完成能量補(bǔ)償?shù)募す馄髟跍y(cè)試階段需要增設(shè)外部器件，導(dǎo)致激光器的體積和重量增加的問題。
2、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄鳎刂颇K、ld驅(qū)動(dòng)電路、ld模塊、諧振腔和激光晶體；所述控制模塊燒錄有不同溫度下ld驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整公式i(t)；用于接收ld模塊的溫度信號(hào)，并根據(jù)ld驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整公式i(t)計(jì)算該溫度下ld模塊所需的驅(qū)動(dòng)電流，將計(jì)算結(jié)果相應(yīng)的電信號(hào)傳輸至ld驅(qū)動(dòng)電路；所述ld驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與ld模塊連接，用于根據(jù)控制模塊輸出的計(jì)算結(jié)果，向ld模塊輸入特定的驅(qū)動(dòng)電流；所述ld模塊用于為激光晶體提供泵浦能量。
3、具體的，所述控制模塊包括兩個(gè)信號(hào)輸出端；所述ld驅(qū)動(dòng)電路包括：依次電連接的開關(guān)電路、比較器電路和電流調(diào)整電路；其中，開關(guān)電路的輸入端與控制模塊的第一信號(hào)輸出端連接，第一信號(hào)為特定電壓幅值的脈沖信號(hào)，用于控制ld驅(qū)動(dòng)電路的通斷，為ld產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)；比較器電路的兩個(gè)信號(hào)輸入端分別接收控制模塊輸出的第二信號(hào)和ld的反饋電壓信號(hào)，所述第二信號(hào)由控制模塊根據(jù)ld驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整公式得到，以調(diào)整上述ld脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓幅值。
4、具體的，基于不同溫度下ld驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整系數(shù)si(t)得到所述調(diào)整公式i(t)；獲取不同溫度下ld驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整系數(shù)si(t)，包括：
5、步驟s1、測(cè)量常溫t0下ld的驅(qū)動(dòng)電流i0、激光器的泵浦能量以及激光器的輸出能量e0；
6、步驟s2、計(jì)算ld處于不同溫度t下，激光器輸出能量為e0時(shí)所需泵浦能量ep(t)與之間的調(diào)整系數(shù)se(t)；
7、步驟s3、基于步驟s2所計(jì)算的激光器所需泵浦能量的調(diào)整系數(shù)se(t)，計(jì)算不同溫度下，ld所需驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整系數(shù)si(t)。
8、具體的，所述計(jì)算ld處于不同溫度t下，激光器輸出能量為e0時(shí)所需泵浦能量ep(t)與之間的調(diào)整系數(shù)se(t)，包括：
9、步驟s201、測(cè)量激光晶體的光吸收譜η(λ)；
10、步驟s202、測(cè)量ld處于不同溫度t下的發(fā)射光譜；
11、步驟s203、基于ld不同溫度t下的發(fā)射光譜，讀取常溫t0下ld發(fā)射光譜的中心波長(zhǎng)λ0，并建立發(fā)射光譜中心波長(zhǎng)λ與溫度t的關(guān)系λ(t)，基于所述關(guān)系計(jì)算相對(duì)于λ0發(fā)射光譜中心波長(zhǎng)λ隨溫度的漂移系數(shù)；
12、步驟s204、基于激光晶體的光吸收譜η(λ)，獲取不同發(fā)射波長(zhǎng)所需泵浦能量與之間的調(diào)整系數(shù)se(λ)；其中，所述任一發(fā)射波長(zhǎng)λj所需的泵浦能量與ep(λj)與之間的調(diào)整系數(shù)se(λj)為：
13、
14、其中，η(λ0)和η(λj)分別表示激光晶體對(duì)波長(zhǎng)λ0和波長(zhǎng)λj的光吸收率；
15、步驟s205、基于不同發(fā)射波長(zhǎng)所需的泵浦能量的調(diào)整系數(shù)se(λ)，及所述漂移系數(shù)，得到不同溫度t下，泵浦能量ep(t)與之間的調(diào)整系數(shù)se(t)。
16、具體的，所述相對(duì)于λ0，不同溫度下發(fā)射光譜中心波長(zhǎng)λ隨溫度的漂移系數(shù)p的定義為：
17、
18、具體的，所述基于激光器所需泵浦能量的調(diào)整系數(shù)se(t)，計(jì)算不同溫度下，ld所需驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整系數(shù)si(t)，根據(jù)下式計(jì)算：
19、si(t)＝se(t)。
20、具體的，所述驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整公式為：
21、i(t)＝i0×si(t)。
22、具體的，所述ld模塊包括：ld、ld測(cè)溫電阻以及l(fā)d散熱器；其中，ld測(cè)溫電阻安裝于ld封裝內(nèi)部，用于實(shí)時(shí)采集ld的溫度信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸至控制模塊；散熱器安裝于ld散熱面上，用于對(duì)ld進(jìn)行散熱和冷卻。
23、進(jìn)一步的，所述散熱器為翅片結(jié)構(gòu)，通過熱傳導(dǎo)和對(duì)流換熱的方式對(duì)ld進(jìn)行散熱。
24、具體的，所述諧振腔為平凹腔，ld出射的激光通過側(cè)面泵浦的方式耦合至激光晶體內(nèi)；所述激光晶體為nd：yag晶體。
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少可實(shí)現(xiàn)如下有益效果之一：
26、1)、相對(duì)于采用冷卻系統(tǒng)使ld運(yùn)行溫度穩(wěn)定的激光器，本發(fā)明所述激光器通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)ld的溫度，根據(jù)預(yù)燒錄在控制模塊內(nèi)的調(diào)整系數(shù)對(duì)ld的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行補(bǔ)償，一方面無需額外的制冷設(shè)備，可維持原設(shè)備的體積和重量不變，另一方面補(bǔ)償效果更加準(zhǔn)確和可靠；
27、2)、本發(fā)明所述激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄?，在前期的測(cè)試階段無需改變激光器的光路結(jié)構(gòu)、也無需采用額外的設(shè)備獲取電流補(bǔ)償系數(shù)，簡(jiǎn)單有效、可行性高。
28、本發(fā)明中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實(shí)現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點(diǎn)可從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過說明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實(shí)現(xiàn)和獲得。
1.一種激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄鳎涮卣髟谟?，包括控制模塊、ld驅(qū)動(dòng)電路、ld模塊、諧振腔和激光晶體；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄鳎涮卣髟谟?，所述控制模塊包括兩個(gè)信號(hào)輸出端；所述ld驅(qū)動(dòng)電路包括：依次電連接的開關(guān)電路、比較器電路和電流調(diào)整電路；其中，開關(guān)電路的輸入端與控制模塊的第一信號(hào)輸出端連接，第一信號(hào)為脈沖信號(hào)，用于控制ld驅(qū)動(dòng)電路的通斷，為ld產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)；比較器電路的兩個(gè)信號(hào)輸入端分別接收控制模塊輸出的第二信號(hào)和ld的反饋電壓信號(hào)，所述第二信號(hào)由控制模塊根據(jù)ld驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整公式得到，以調(diào)整上述ld脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓幅值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄鳎涮卣髟谟?，基于不同溫度下ld驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整系數(shù)si(t)得到所述調(diào)整公式i(t)；獲取不同溫度下ld驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整系數(shù)si(t)，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄?，其特征在于，所述?jì)算ld處于不同溫度t下，激光器輸出能量為e0時(shí)所需泵浦能量ep(t)與之間的調(diào)整系數(shù)se(t)，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄?，其特征在于，所述相?duì)于λ0，不同溫度下發(fā)射光譜中心波長(zhǎng)λ隨溫度的漂移系數(shù)p的定義為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄鳎涮卣髟谟?，所述基于激光器所需泵浦能量的調(diào)整系數(shù)se(t)，計(jì)算不同溫度下，ld所需驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)整系數(shù)si(t)，根據(jù)下式計(jì)算：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄?，其特征在于，所述?qū)動(dòng)電流的調(diào)整公式為：
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述激光能量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す馄?，其特征在于，所述ld模塊包括：ld、ld測(cè)溫電阻以及l(fā)d散熱器；其中，ld測(cè)溫電阻安裝于ld封裝內(nèi)部，用于實(shí)時(shí)采集ld的溫度信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸至控制模塊；散熱器安裝于ld散熱面上，用于對(duì)ld進(jìn)行散熱和冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于吸收光譜的激光器能量自動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于，所述散熱器為翅片結(jié)構(gòu)，通過熱傳導(dǎo)和對(duì)流換熱的方式對(duì)ld進(jìn)行散熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于吸收光譜的激光器能量自動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于，所述諧振腔為平凹腔，ld出射的激光通過端面泵浦的方式耦合至激光晶體內(nèi)；所述激光晶體為nd：yag晶體。