一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统和方法

摘要

本发明提供的一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统和方法，系统包括：双光楔模块、激光耦合模块、激光光束取样模块和反馈控制模块，在光路输入输出方向上依次连接双光楔模块、激光耦合模块和激光光束取样模块，激光光束取样模块通过反馈控制模块与双光楔模块连接。本发明通过反馈控制单元控制双光楔组件实现光轴的精密调整，从而实现对耦合输出激光功率的控制，使得出射激光功率稳定在设定值，解决了激光耦合器的耦合效率会因环境条件变化而导致出射激光功率不稳定的问题，显著增强了耦合输出激光功率的稳定性，有效提高了精密空间光路系统的环境适应性。

说明书

技术领域

本发明涉及激光功率控制技术领域，更具体地，涉及一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统和方法。

背景技术

光楔是光学系统中用来改变激光出射光方向的光学元件，通常将两光楔组合在一起使用，称为双光楔。通过旋转双光楔改变两者的相对转角，可以改变出射光偏转角度和光轴的位置。

在空间光路系统中，通常需要将空间中的激光耦合进入激光耦合器，然后通过光纤输出。双光楔是常用的一种用于激光耦合的光学组件，通过旋转双光楔，能够将激光耦合进入激光耦合器。目前常用于控制激光功率的方法是采用通过对声光调制器的控制，实现对激光功率的控制。

在不同的工作条件下，空间光路系统的元件可能会因为环境因素而产生微小的形变，该形变足以改变激光的路径，影响激光耦合器的耦合效率，从而导致输出光的功率不稳定。通过声光调制器对激光功率的控制，无法保证能够补偿激光耦合器耦合效率变化引起的激光功率变化，因此，如何进一步提高空间光路系统在不同工作条件下功率的稳定性是亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统和方法，用以解决如何进一步提高空间光路系统在不同工作条件下功率的稳定性的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统，包括：双光楔模块、激光耦合模块、激光光束取样模块和反馈控制模块，在光路输入输出方向上依次连接所述双光楔模块、所述激光耦合模块和所述激光光束取样模块，所述激光光束取样模块通过所述反馈控制模块与所述双光楔模块连接；

所述双光楔模块，用于根据反馈控制模块反馈的信号，调整入射光束的光轴，从而使得激光耦合模块的输出保持稳定；

所述激光耦合模块，用于把激光光束耦合到光电器件中，并将耦合后的光束传输至所述激光光束取样模块；

所述激光光束取样模块，用于将所述耦合后的激光分光形成第一路分光光束和第二路分光光束，将所述第一路分光光束传输至所述反馈控制模块和将所述第二路分光光束射出；

所述反馈控制模块，用于根据所述第一路分光光束的功率控制所述双光楔模块，对所述入射光束的功率进行调整，以使所述分光后的第一路分光光束的功率保持稳定。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

优选的，所述双光楔模块包括两个光楔镜片，所述双光楔模块根据所述两个光楔镜片的相对转角对所述入射光束的光轴进行控制，从而调整光束入射到激光耦合模块的角度位置，并实现激光耦合模块的输出激光功率保持稳定。

优选的，所述激光耦合模块为需要光轴对准才能实现稳定输出的光电器件，包括光纤耦合器、声光调制器或倍频晶体。

优选的，所述激光光束取样模块至少包括一个输入端口和两个输出端口；

所述输入端口，用于接收所述激光耦合器射入的所述耦合后的光束；

所述两个输出端口，用于分别将所述第一路分光光束传输至所述反馈控制模块和将所述第二路分光光束射出。

优选的，所述反馈控制模块包括光功率监测单元、控制器和调节机构；

所述光功率监测单元，用于实时监测通过所述激光光束取样模块传入所述第一路分光光束的功率，并将所述分光后的激光的功率转换为电信号传输至所述控制器；

所述控制器，用于基于接收所述电信号生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述调节机构；

所述调节机构，用于根据所述控制信号控制所述双光楔模块对所述入射光束的功率进行调整以使所述第一路分光光束的功率等于预设值。

优选的，所述基于旋转双光楔的激光功率控制系统，还包括：上位机；

所述上位机，用于为所述控制器提供参数界面，以使用户通过所述上位机对所述控制器的参数进行更新。

优选的，所述控制器的控制算法为PID控制算法或机器学习方法。

根据本发明的第二方面，提供一种基于旋转双光楔的激光功率控制方法，包括：

双光楔模块将完成功率调整后的入射光束传输至激光耦合模块；

所述激光耦合模块对所述调整后的入射光束进行耦合，并将耦合后的光束传输至激光光束取样模块；

所述激光光束取样模块将所述耦合后的光束进行分光，将其中一路分光光束传输至反馈控制模块；

所述反馈控制模块基于所述分光光束的功率控制所述双光楔模块对所述入射光束进行功率调整，直至所述分光光束的功率等于预设值。本发明提供的一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统和方法，系统包括：双光楔模块、激光耦合模块、激光光束取样模块和反馈控制模块，在光路输入输出方向上依次连接所述双光楔模块、所述激光耦合模块和所述激光光束取样模块，所述激光光束取样模块通过所述反馈控制模块与所述双光楔模块连接。本发明通过反馈控制单元控制双光楔组件实现光轴的精密调整，从而实现对耦合输出激光功率的控制，使得出射激光功率稳定在设定值，解决了激光耦合器的耦合效率会因环境条件变化而导致出射激光功率不稳定的问题，显著增强了耦合输出激光功率的稳定性，有效提高了精密空间光路系统的环境适应性。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统结构示意图；

图2为本发明提供的一种反馈控制原理图；

图3为本发明提供的一种基于旋转双光楔的激光功率控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明提供的一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统结构示意图，如图1所示，系统包括：双光楔模块10、激光耦合模块20、激光光束取样模块30和反馈控制模块40，在光路输入输出方向上依次连接所述双光楔模块、所述激光耦合模块和所述激光光束取样模块，所述激光光束取样模块通过所述反馈控制模块与所述双光楔模块连接。

其中，所述双光楔模块，用于根据反馈控制模块反馈的信号，调整入射光束的光轴，从而使得激光耦合模块的输出保持稳定；所述激光耦合模块，用于将激光光束耦合到光电器件中，并将耦合后的光束传输至所述激光光束取样模块；所述激光光束取样模块，用于将所述耦合后的激光分光形成第一路分光光束和第二路分光光束，将所述第一路分光光束传输至所述反馈控制模块和将所述第二路分光光束射出；所述反馈控制模块，用于基于所述第一路分光光束的功率控制所述双光楔模块对所述入射光束的功率进行调整，以使所述分光后的第一路分光光束的功率保持稳定。

需要说明的是，上述激光耦合模块20可以是任意的需要精密光轴对准才能实现稳定输出的光电器件，其包括但不限于：光纤耦合器、声光调制器或倍频晶体等。上述激光耦合模块的耦合效率会因工作条件变化而导致出射激光功率发生变化，从而影响最终通过激光光束取样器出射的激光功率的稳定性。上述光纤耦合器可以是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小；上述声光调制器可以是一种可用于通过电驱动信号控制激光束功率的装置，它基于声光效应，即通过声波的振荡机械应变改变某些晶体或玻璃材料的折射率(光弹性效应)；由上述内容可知，上述激光耦合模块20可以是任意需要实现精密光轴对准自动校正的仪器或设备，本实施例对此不作限制。

可以理解的是，上述双光楔模块10包括两个光楔镜片：第一光楔镜片和第二光楔镜片。

其中，所述第一光楔镜片与所述第二光楔镜片相近的两个镜面与所述激光的传播方向的夹角范围为0-45度，所述第一光楔镜片与所述第二光楔镜片远离的两个镜面与所述激光的传播方向垂直。上述第一光楔镜片和第二光楔镜片可以是分布粘接在具有通光孔的两个金属结构件上。上述双光楔组件10可以通过金属结构件安装在激光耦合器20前方，上述双光楔组件将接收到的激光可以直接通过空气介质射入到激光耦合器20中，上述双光楔模块10根据所述两个光楔镜片的相对转角对所述入射激光的功率进行控制。

应理解的是，上述激光耦合模块20与上述激光光束取样模块30可以是通过光纤连接。上述所述激光光束取样模块30至少包括：一个输入端口和两个输出端口，所述输入端口与所述激光耦合模块20连接，所述两个输出端口中的一个输出端口与所述反馈控制模块40连接，其中，所述输入端口，用于接收所述激光耦合器射入的所述耦合后的光束；所述两个输出端口，分别用于将所述第一路分光光束传输至所述反馈控制模块和将所述第二路分光光束射出。。上述激光光束取样模块30与上述反馈控制模块40可以是采用光纤连接。

上述反馈控制模块40可以通过光纤接收上述激光光束取样模块30射入的激光，同时对接收到的激光进行功率检测，将功率信号转换为电信号，并根据上述电信号改变双光楔模块10出射激光偏转角度和光轴的位置。

还可以理解的是，上述功率保持稳定，可以是使得功率的偏差在一个预设值范围内波动，上述预设值范围可以是上述反馈控制模块中在出厂时内置好的，也可以是管理员或用户通过通讯端口使用上位机进行设置的一个阈值，上述阈值可以根据应用场景的实际需求进行设定，本实施例对此不作限制。

还应理解的是，通过上述激光光束取样模块可以是按照一定分光比对上述耦合后的激光进行分光，上述反馈控制模块只需要检测射入上述反馈控制模块中的激光的功率，从而保证其功率的稳定性即可提高上述激光接收单元处的激光功率的稳定性。上述激光接收单元可以是需要使用上述激光的模块。

可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明提出了的一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统和方法，系统包括：双光楔模块、激光耦合模块、激光光束取样模块和反馈控制模块，在光路输入输出方向上依次连接所述双光楔模块、所述激光耦合模块和所述激光光束取样模块，所述激光光束取样模块通过所述反馈控制模块与所述双光楔模块连接。本发明通过反馈控制单元控制双光楔组件实现光轴的精密调整，从而实现对耦合输出激光功率的控制，使得出射激光功率稳定在设定值，解决了激光耦合器的耦合效率会因环境条件变化而导致出射激光功率不稳定的问题，显著增强了耦合输出激光功率的稳定性，有效提高了精密空间光路系统的环境适应性。

作为实施例，所述反馈控制模块40包括：光功率监测单元41、控制器42和调节机构43，所述光功率监测单元41分别与所述激光光束取样模块30的一个输出端口和所述控制器42连接，所述控制器42分别与所述调节机构43连接，所述调节机构43与所述双光楔模块10连接。

其中，所述光功率监测单元，用于实时监测通过所述激光光束取样模块传入所述第一路分光光束的功率，并将所述分光后的激光的功率转换为电信号传输至所述控制器；所述控制器，用于基于接收所述电信号生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述调节机构；所述调节机构，用于根据所述控制信号控制所述双光楔模块对所述入射光束的功率进行调整，以使所述第一路分光光束的功率等于预设值。

可以理解的是，上述控制器的控制算法包括但不限于：PID控制算法或机器学习方法。

参见图2，图2为一种反馈控制原理图；在图2中，调节机构43包括两个电机，上述两个电机分别通过转动装置与上述双光楔组件10中的两个光楔镜片连接，光功率检测模块41将检测到的上述激光光束取样器30输出的第一路分光光束的功率信号转换成电信号传输至上述控制器42，上述控制器42将上述电信号与控制器中存储的预设值进行比较，并根据比较结果生成控制指令控制上述两个电机工作，上述两个电机通过传动装置控制上述双光楔组件10中两个光楔镜片的相对转角，从而改变双光楔组件10出射光束偏转角和光轴的位置，直至光功率检测模块41检测到上述第一路分光光束的功率信号恢复到上述预设值。

作为实施例，所述基于旋转双光楔的激光功率控制系统，还包括：上位机。

其中，所述上位机，用于为所述控制器提供参数界面，以使用户通过所述上位机对所述控制器的参数进行更新。

可以理解的是，上述控制器42还可以与计算机设备建立通信连接从而进行数据交互，上述计算机设备用于对上述控制器中的参数以及控制程序进行更新，上述参数至少包括上述预设值。

在一种可能的应用场景中，当激光耦合器20输出功率发生变化时，也即激光耦合器20耦合效率发生变化时，光功率监测模块41会将监测到的功率信号变化转换为电信号传输给控制器42，此时控制器42会根据计算机50上位机的设置值，对电机43发出控制指令，使电机43转动一定的角度，直至光功率监测模块41监测的信号恢复到设置值。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种基于旋转双光楔的激光功率控制方法流程图，如图3所示，一种基于旋转双光楔的激光功率控制方法，包括：

步骤S100：双光楔模块将完成功率调整后的入射光束传输至激光耦合模块；

步骤S200：所述激光耦合模块对所述调整后的入射光束进行耦合，并将耦合后的光束传输至激光光束取样模块；

步骤S300：所述激光光束取样模块将所述耦合后的光束进行分光，将其中一路分光光束传输至反馈控制模块；

步骤S400：所述反馈控制模块基于所述分光光束的功率控制所述双光楔模块对所述入射光束进行功率调整，直至所述分光光束的功率等于预设值。

可以理解的是，本发明提供的一种基于旋转双光楔的激光功率控制方法与前述各实施例提供的基于旋转双光楔的激光功率控制系统相对应，基于旋转双光楔的激光功率控制方法的相关技术特征可参考基于旋转双光楔的激光功率控制系统的相关技术特征，在此不再赘述。

本发明提供的一种基于旋转双光楔的激光功率控制系统和方法，系统包括：双光楔模块、激光耦合模块、激光光束取样模块和反馈控制模块，在光路输入输出方向上依次连接所述双光楔模块、所述激光耦合模块和所述激光光束取样模块，所述激光光束取样模块通过所述反馈控制模块与所述双光楔模块连接。本发明通过反馈控制单元控制双光楔组件实现光轴的精密调整，从而实现对耦合输出激光功率的控制，使得出射激光功率稳定在设定值，解决了激光耦合器的耦合效率会因环境条件变化而导致出射激光功率不稳定的问题，显著增强了耦合输出激光功率的稳定性，有效提高了精密空间光路系统的环境适应性。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。