【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于serf惯性测量激光器稳功率领域，具体涉及一种基于内置二极管监测的激光器高精度光功率稳定控制方法。
技术介绍
1、惯性测量在基础物理学研究和运载体导航领域有着广泛的应用，基于惯性测量的导航技术(惯性导航技术)不同于其他导航技术(如卫星导航、无线电导航、地磁导航和天文导航等)，它具有不依赖任何外部信息、导航信息全面、实时、连续和自主性强等优点。此外，它还可以应用于无人机、无人驾驶和智能机器人等民用领域，服务于国民经济的发展。惯性导航技术基本原理是基于牛顿运动定律，测量载体相对惯性空间的角运动和线运动后，通过积分运算获取载体姿态运动信息和线运动信息，姿态信息为位置信息的解算提供空间基准。角运动和线运动的测量分别由陀螺仪和加速度计来完成，由于导航信息解算过程需要积分运算，因此测量误差会随着时间积累，陀螺仪和加速度计需要具备较好的长期稳定性才能完成长时间的导航任务。其中陀螺仪的偏置误差产生的导航定位误差随导航时间的三次方的增加而增加，而加速度计的偏置误差产生的导航定位误差随导航时间的平方的增加而增加，因此陀螺仪通常是制约惯性导航系统精度提升的核心部件，传统高精度的陀螺仪通常体积大、成本高，小体积、低成本、高精度的陀螺仪是惯性导航
重要研究方向和未来发展趋势。
2、激光功率波动是影响serf(无自旋交换弛豫)惯性测量长期稳定性的关键因素之一，其中抽运激光功率波动会通过影响纵向光抽运误差和纵向光频移误差影响serf惯性测量标度因数稳定性和零偏稳定性，检测激光功率波动则会直接影响serf惯性测量标度因数稳定性，
技术实现思路
1、为解决传统稳功率方案中温度变化会导致偏振分光棱镜分光比变化，从而产生分光误差的问题，本专利技术提供了一种基于内置二极管监测的激光器高精度光功率稳定控制方法，可以减小温度改变带来的分光误差，在传统闭环稳功率方案的基础上进一步提高功率稳定性。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于内置二极管监测的激光器高精度光功率稳定控制方法，包括以下步骤：
4、步骤一、定义光路传播方向为z轴，x轴为与z轴垂直的水平方向，y轴为与x轴和z轴垂直的方向，将激光器调整到正常工作状态，将激光器的输出功率pi作为稳功率系统的输入，信号采集放大电路将内置二极管的输出信号转换为电压信号vi；
5、稳功率系统包括光隔离器、半波片液晶可变噪声衰减器、半波片、偏振分光棱镜，激光器出射的激光经过稳功率系统后得到两路出射光束，一路出射光束作为稳功率系统输出，且稳功率系统实际输出光功率记为pout，另一路出射光束作为反馈光路，且反馈光功率记为pin，信号采集放大电路将反馈光束的强度转换为电压信号vin；
6、步骤二、激光光源输出光在理想情况下为纯线偏振光，但是在实际的情况下，激光器输出有微小的椭圆度，即在与线偏振光垂直的方向还有少量的线偏振光分量的存在，因此其琼斯矢量eα表示为：
7、
8、其中，ε表示偏振光的整体偏振方向与光路x轴的夹角，即偏振角度；α表示带有椭圆度的偏振光的长短轴连线与其长轴的夹角，即椭圆度偏角，i表示单位虚数；
9、经过稳功率系统后的输出光束琼斯矢量表示为：
10、eout＝ggl_tghwp2ganaglcvr(δ)gpolghwp1eα
11、式中，ggl_t、ghwp2、gana、glcvr(δ)、gpol、ghwp1分别是偏振分光棱镜透射方向、半波片、检偏器、液晶可变相位延迟器、起偏器、半波片的琼斯矩阵；
12、其中，
13、其中，ts1、ts2、ts3分别表示起偏器、检偏器和偏振分光棱镜的s光的透射率，tp1、tp2、tp3分别表示起偏器、检偏器和偏振分光棱镜的p光的透射率，θ1表示半波片的快轴与光路x轴的夹角，θ2表示半波片的快轴与光路x轴的夹角，δ表示液晶可变相位延迟器的相位延迟，相位延迟的大小由液晶的输入电压控制。出光束的光强计算表达式如下：
14、
15、式中，为eout的转置矩阵，l1、l2、n1-n4为常数代数式，且：
16、l1＝n1(cosεcosα-isinεsinα)+in2(sinεcosα+icosεsinα)
17、l2＝n3(cosεcosα-isinεsinα)+in4(sinεcosα+icosεsinα)
18、其中：
19、
20、
21、
22、
23、根据以上公式可知，由内置二极管处的功率值推导稳功率系统光路的理论输出光功率值为：
24、
25、式中，k为激光器内置监二极管处光功率到稳功率系统输出光束光功率的功率效率，po′ut对应的电压信号表示为vo′ut：
26、
27、稳功率系统反馈光的琼斯矢量表示为：
28、ein＝ggl_rghwp2ganaglcvr(δ)gpolghwp1eα
29、其中，
30、
31、ggl_r是偏振分光棱镜反射光的琼斯矩阵，rp3、rs3分别是偏振分光棱镜的p光反射率和s光反射率。可得输出光与反馈光的关系如下：
32、
33、偏振分光棱镜的分光比与入射光的偏振态有关，温度变化会引起激光束偏振态的改变，由于偏振器件存在不理想性，从偏振器中透过的激光会保留原激光束一定的椭圆度和方位角，因此激光束椭圆度和方位角等的变化会部分的透过偏振器件，这就导致温度漂移导致的激光偏振态的变化会耦合到系统输出中，造成分光误差。
34、取稳功率系统最初短时稳定运行得到的一组输出光功率理论值，并对其取均值，记为p′out0，对应的电压值为v′out0，记v′out与v′out0的差值为err′，即推导得到的输出光功率理论值相对于p′out0的电压信号误差：
35、err′＝v′out-v′out0
36、步骤三、光电探测器采集反馈光功率信号，并将反馈光束的强度转换为电压信号vin，记偏振分光棱镜透射率与折射率比值为h，模拟输出光功率电压信号为v″out＝hvin，将v″out与反馈光功率设定值vset作差，得到反馈光功率与反馈光功率设定值之间的误差err″＝v″out-vset；
37、步骤四、将将输出光功率理论值相对于p′out0的电压信号误差和反馈光功率与反馈光功率设定值之间的误差信号相加得到稳功率系统的总误差值err＝err′+err″；
38、步骤五、根据稳功率系统的总误差err值的大小分配合适的比例、积分、微分pid参数，pid算法根据err值计算出液晶可变相位延迟器所需的输入电压大小，改变液晶可变噪声衰减器透过率。...
【技术保护点】
1.一种基于内置二极管监测的激光器高精度光功率稳定控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于内置二极管监测的激光器高精度光功率稳定控制方法，其特征在于，通过读取稳功率系统输出的液晶驱动电压和激光管内置二极管输出信号获得模拟温漂值；液晶可变相位延迟器的相位延迟δ与驱动电压V的关系如下：
3.根据权利要求1所述的基于内置二极管监测的激光器高精度光功率稳定控制方法，其特征在于，所述步骤二和步骤四包括，采集激光管内置二极管输出并建模获得温漂误差，并将温漂误差加入反馈控制的误差信号；
【技术特征摘要】
1.一种基于内置二极管监测的激光器高精度光功率稳定控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于内置二极管监测的激光器高精度光功率稳定控制方法，其特征在于，通过读取稳功率系统输出的液晶驱动电压和激光管内置二极管输出信号获得模拟温漂...
【专利技术属性】
技术研发人员：周新秀，李心悦，曹朝扬，崔培玲，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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