超快激光器的快速保护控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术涉及超快激光器的快速保护控制电路及控制方法，上位机通过通信接口发送开启激光器指令给MCU，接收到指令后输出报警清零信号给FPGA的报警监控模块，发送种子源使能信号给使能模块，将种子源使能信号输至种子源泵浦驱动器，通过光路系统的端口驱动种子泵浦源发出激光，在光路系统作用下产生锁模激光脉冲；锁模激光脉冲通过光学系统的分光器分出一部分激光从端口输出，其余部分由放大级泵浦进行预放大和再放大；光路系统输出的脉冲激光器输至光电探测器，将脉冲光信号转换为脉冲电信号输出；电脉冲输入给光功率计模块进行功率读取，输出模拟量至MCU，模数转换器采集，利用标定系数计算种子光功率大小，监控种子的光功率是否异常。是否异常。是否异常。

【技术实现步骤摘要】
超快激光器的快速保护控制电路及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种超快激光器的快速保护控制电路及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，激光加工领域中，超快激光器如皮秒激光器以及飞秒激光器的应用越来越广泛。但激光器本身如果出现致命性的异常，则会导致激光器内部光学部件如晶体的损坏，比如超快激光器种子光脉冲出现异常时会导致后级放大出现巨脉冲并将放大级晶体击穿，激光器表现出功率消失，这样不仅延长了激光器维修时间，而且直接影响加工品质以及生产产能。
[0003]因此，需要研发激光器异常时实现快速保护的控制方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种超快激光器的快速保护控制电路及其控制方法，种子功率过低以及种子锁模异常时立即保护，避免激光器的直接损坏。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0006]超快激光器的快速保护控制电路，特点是：通信接口与MCU的通信端相连；MCU的复位输出口连接FPGA的全局复位输入端；MCU的分频数据输出端口与FPGA输入引脚相连进而连接其分频器的输入端；MCU的使能数据输出端口与FPGA输入引脚相连进而连接其使能模块的输入端；MCU的报警清零输出信号端口与FPGA输入引脚相连进而连接其报警监控模块的输入端；MCU的数据输出端口与数模转换器输入引脚相连，MCU的模数转换通道输入口与光功率计模块输出端相连；晶振与FPGA的时钟输入口相连；数模转换器的输出与比较器的输入端相连；光电探测器输出与光功率计模块输入端口相连；光电探测器输出与比较器的输入端相连，并连接至FPGA的输入端进而连接其锁相环倍频模块的输入端；锁相环倍频模块的倍频时钟输出端与分频器的输入端口相连；锁相环倍频模块的锁存输出端口与报警监控模块的输入端相连；比较器的输出端口连接至FPGA的输入脚进而与其报警监控模块的输入端口相连；分频器的输出端连接至AOM驱动器的输入端；使能模块的输出端1﹟与种子源泵浦驱动器的输入端相连；使能模块的输出端2﹟与放大级泵浦驱动器一的输出端相连；使能模块的输出端3﹟与放大级泵浦驱动器二的输出端相连；使能模块的输出端4﹟与放大级泵浦驱动器三的输出端相连；报警监控模块的输出端与使能模块的输入端相连；报警监控模块的输出端与MCU的输入端口相连，并与报警信号接口相连；AOM驱动器的输出端与光路系统输入端1﹟相连；种子源泵浦驱动器的输出端与光路系统输入端2﹟相连；放大级泵浦驱动器一的输出端与光路系统输入端3﹟相连；放大级泵浦驱动器二的输出端与光路系统输入端4﹟相连；放大级泵浦驱动器三的输出端与光路系统输入端5﹟相连；光路系统的一输出端与光电探测器输入端相连；光路系统的一输出端用于输出激光。
[0007]进一步地，上述的超快激光器的快速保护控制电路，其中，所述FPGA是型号XC6SLX4
‑
2TQG144C的现场可编程门阵列FPGA。
[0008]进一步地，上述的超快激光器的快速保护控制电路，其中，所述晶振为20M晶振。
[0009]进一步地，上述的超快激光器的快速保护控制电路，其中，所述MCU是型号STM32F103的MCU。
[0010]进一步地，上述的超快激光器的快速保护控制电路，其中，所述数模转换器是型号MCP4822T的数模转换器。
[0011]进一步地，上述的超快激光器的快速保护控制电路，其中，所述比较器是型号TLV1805的比较器。
[0012]本专利技术超快激光器的快速保护控制方法，其中，MCU输出一低电平复位信号给FPGA，FPGA由晶振输入的时钟对其各寄存器复位清零；
[0013]上位机通过通信接口发送开启激光器指令给MCU，MCU接收到指令后输出报警清零信号给FPGA的报警监控模块，通过使能数据口发送种子源使能信号给使能模块，使能模块将种子源使能信号输出给种子源泵浦驱动器，种子源泵浦驱动器通过光路系统的端口驱动种子泵浦源发出激光，同时在光路系统的可饱和吸收镜光学器件的作用下产生锁模激光脉冲；锁模激光脉冲通过光学系统的分光器分出一部分激光从端口输出，其余部分由放大级泵浦进行预放大和再放大；
[0014]从光路系统端口输出的脉冲激光器输入至光电探测器，光电探测器将脉冲光信号转换为脉冲电信号输出；光电探测器输出的电脉冲输入给光功率计模块进行功率读取，光功率计模块输出模拟量至MCU，MCU的模数转换器进行采集，并利用标定系数计算当前种子光功率大小，可监控种子的光功率是否异常；
[0015]超快激光器种子的稳定锁模对应于泵浦源有一定的电流范围，因此不同的电流从光电探测器输出的电脉冲信号有不同的幅值，信号输入至比较器的正输入端，比较器的负输入端用于设定阈值电压，因此当光电探测器输出的电脉冲幅值高于设定的阈值电压时，比较器输出频率与种子锁模频率一致的电脉冲信号，如果光电探测器输出的电脉冲幅值低于设定的阈值时，比较器输出低电平；比较器的负输入端的阈值电压由上位机通过通信接口发送指令给MCU，MCU再发送数据给数模转换器实现模拟电压的输出；正常工作时，比较器输出的是脉冲信号给报警监控模块，若种子功率过低则输出低电平信号给报警监控模块；
[0016]光电探测器输出与种子锁模频率一致的电脉冲频率信号给FPGA的锁相环倍频模块，将输入频率倍频至100MHz后输出给FPGA的分频器，锁相环倍频模块在倍频完成后输出一锁存信号，表示同步锁相完成，正常是信号是高电平，若工作中种子源锁模异常，则锁相环倍频模块输入频率突然出现异常，锁相失败，锁存信号变低，锁存信号直接输入至报警监控模块；
[0017]因激光器需在不同的基频下工作，需设置相应的频率；上位机通过通信接口发送频率参数给MCU，MCU将频率参数转换成对应数据发送给分频器，分频器对倍频时钟分频后输出至AOM驱动器，AOM驱动器输出后通过光路系统的一端输入，作用于AOM上，实现对应频率的激光由输出光路系统的一端输出；
[0018]MCU在接收到来自上位机发送的开机指令后，除了开启种子源泵浦驱动器的使能，还开启功率放大级的泵浦驱动使能，放大级数取决于输出功率要求；MCU通过使能数据线发送各级使能信号给使能模块，若报警监控模块输出端的信号为低，则使能模块通过输出端分别输出使能信号给放大级泵浦驱动器一、放大级泵浦驱动器二和放大级泵浦驱动器三，
放大级泵浦驱动器一、放大级泵浦驱动器二和放大级泵浦驱动器三的输出通过光路系统的输入端作用于光路系统的放大级泵浦源出光。
[0019]进一步地，上述的超快激光器的快速保护控制方法，其中，利用锁相环倍频模块的锁存输出以及比较器的输出作为快速及时的报警信号作用于报警监控模块，由于种子光频率在25MHz或40MHz，因此这两种信号的响应时间未超过100nS；报警监控模块接收到两种信号的其中之一，立即关断放大级泵浦驱动器一、放大级泵浦驱动器二和放大级泵浦驱动器三的使能，避免打坏光学晶体；报警监控模块输出报警信号从输出端输出至MCU同时从报警信号接口输出给外部设备；报警监控模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超快激光器的快速保护控制电路，其特征在于：通信接口(1)与MCU(2)的通信端相连；MCU(2)的复位输出口连接FPGA(3)的全局复位输入端；MCU(2)的分频数据输出端口与FPGA(3)输入引脚相连进而连接其分频器(302)的输入端；MCU(2)的使能数据输出端口与FPGA(3)输入引脚相连进而连接其使能模块(303)的输入端；MCU(2)的报警清零输出信号端口与FPGA(3)输入引脚相连进而连接其报警监控模块(304)的输入端；MCU(2)的数据输出端口与数模转换器(5)输入引脚相连，MCU(2)的模数转换通道输入口与光功率计模块(15)输出端相连；晶振(4)与FPGA(3)的时钟输入口相连；数模转换器(5)的输出与比较器(6)的输入端相连；光电探测器(13)输出与光功率计模块(15)输入端口相连；光电探测器(13)输出与比较器(6)的输入端相连，并连接至FPGA(3)的输入端进而连接其锁相环倍频模块(301)的输入端；锁相环倍频模块(301)的倍频时钟输出端与分频器(302)的输入端口相连；锁相环倍频模块(301)的锁存输出端口与报警监控模块(304)的输入端相连；比较器(6)的输出端口连接至FPGA(3)的输入脚进而与其报警监控模块(304)的输入端口相连；分频器(302)的输出端连接至AOM驱动器(7)的输入端；使能模块(303)的输出端1﹟与种子源泵浦驱动器(8)的输入端相连；使能模块(303)的输出端2﹟与放大级泵浦驱动器一(9)的输出端相连；使能模块(303)的输出端3﹟与放大级泵浦驱动器二(10)的输出端相连；使能模块(303)的输出端4﹟与放大级泵浦驱动器三(11)的输出端相连；报警监控模块(304)的输出端与使能模块(303)的输入端相连；报警监控模块(304)的输出端与MCU(2)的输入端口相连，并与报警信号接口(12)相连；AOM驱动器(7)的输出端与光路系统(14)输入端1﹟相连；种子源泵浦驱动器(8)的输出端与光路系统(14)输入端2﹟相连；放大级泵浦驱动器一(9)的输出端与光路系统(14)输入端3﹟相连；放大级泵浦驱动器二(10)的输出端与光路系统(14)输入端4﹟相连；放大级泵浦驱动器三(11)的输出端与光路系统(14)输入端5﹟相连；光路系统(14)的一输出端与光电探测器(13)输入端相连；光路系统(14)的一输出端用于输出激光。2.根据权利要求1所述的超快激光器的快速保护控制电路，其特征在于：所述FPGA(3)是型号XC6SLX4
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2TQG144C的现场可编程门阵列FPGA。3.根据权利要求1所述的超快激光器的快速保护控制电路，其特征在于：所述晶振(4)为20M晶振。4.根据权利要求1所述的超快激光器的快速保护控制电路，其特征在于：所述MCU(2)是型号STM32F103的MCU。5.根据权利要求1所述的超快激光器的快速保护控制电路，其特征在于：所述数模转换器(5)是型号MCP4822T的数模转换器。6.根据权利要求1所述的超快激光器的快速保护控制电路，其特征在于：所述比较器(6)是型号TLV1805的比较器。7.权利要求1所述的电路实现超快激光器的快速保护控制方法，其特征在于：MCU(2)输出一低电平复位信号给FPGA(3)，FPGA(3)由晶振(4)输入的时钟对其各寄存器复位清零；上位机通过通信接口(1)发送开启激光器指令给MCU(2)，MCU(2)接收到指令后输出报警清零信号给FPGA(3)的报警监控模块(304)，通过使能数据口发送种子源使能信号给使能模块(303)，使能模块(303)将种子源使能信号输出给种子源泵浦驱动器(8)，种子源泵浦驱动器(8)通过光路系统的端口驱动种子泵浦源发出激光，同时在光路系统(14)的可饱和吸收镜光学器件的作用下产生锁模激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵裕兴，许卫星，李立卫，张园，
申请(专利权)人：苏州德龙激光股份有限公司，
类型：发明
国别省市：