高精度激光功率閉環(huán)控制器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種高精度激光功率閉環(huán)控制器，使用可編程邏輯控制器控制步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)圓形連續(xù)可變金屬型中性密度濾光片的旋轉(zhuǎn)，中性密度濾光片的反射光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后反饋至可編程邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)激光功率的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定輸出。適合調(diào)節(jié)任何波長(zhǎng)，任意大小的激光功率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)激光輸出功率緩慢變化時(shí)，能得到變化范圍為≤1％的穩(wěn)定功率輸出。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高精度激光功率閉環(huán)控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高精度激光功率閉環(huán)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]一般的激光器本身的功率穩(wěn)定性約在百分之幾的范圍，不能直接應(yīng)用。需要采取一些特殊措施才能使其穩(wěn)定度達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的水平。引起激光功率起伏的原因有電源電流波動(dòng)、腔鏡和腔體支架形變、激光模式跳變、自發(fā)輻射、激活介質(zhì)增益系數(shù)以及腔體損耗系數(shù)的變化等。
[0003]穩(wěn)定激光功率主要有兩個(gè)途徑:
[0004](1)穩(wěn)定激光器本身。通過(guò)電源調(diào)整、腔內(nèi)空氣隔離、頻率穩(wěn)定以及選用溫度系數(shù)小的支架等方法，可將激光器輸出功率控制在I %附近。
[0005](2)穩(wěn)定激光器的輸出光束。不管什么原因引起的激光功率變化，反映在輸出光束上是一個(gè)合成的效果，即光功率無(wú)規(guī)律的起伏。通過(guò)光反饋的方法直接對(duì)激光輸出光束進(jìn)行調(diào)制，以抵消激光束的這種功率起伏。
[0006]激光功率的不穩(wěn)定性是目前尚未完滿(mǎn)解決的問(wèn)題。已有報(bào)道采用光電反饋控制電源、光電晶體的方法對(duì)激光的輸出功率進(jìn)行穩(wěn)定控制(CN85200008，CN200710109674.5)，此處我們使用可編程邏輯控制器(PLC)控制步進(jìn)電機(jī)；調(diào)節(jié)中性密度濾光片的方法。該中性密度濾光片型激光功率穩(wěn)定裝置的特點(diǎn)是:可調(diào)節(jié)任何波長(zhǎng)，任意大小的激光功率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，調(diào)節(jié)功率穩(wěn)定可靠，不受任何干擾，當(dāng)激光輸出功率在緩慢變化時(shí)，能得到變化范圍為<I%的穩(wěn)定功率輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高精度激光功率閉環(huán)控制器，使用可編程邏輯控制器控制步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)圓形連續(xù)可變金屬型中性密度濾光片的旋轉(zhuǎn)，中性密度濾光片的反射光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后反饋至可編程邏輯控制器。當(dāng)激光輸出功率緩慢變化時(shí)，能得到變化范圍為< I %的穩(wěn)定功率輸出。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0009]一種高精度激光功率閉環(huán)控制器，其特征在于包括使用可編程邏輯控制器(PLC)控制步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)圓形連續(xù)可變金屬型中性密度濾光片的旋轉(zhuǎn)，中性密度濾光片的反射光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后反饋至可編程邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)激光功率的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定輸出。
[0010]所述激光器⑴的輸出光束⑶經(jīng)圓形連續(xù)可變金屬型中性密度濾光片⑵反射和透射，反射光(9)投射到光電探頭(3)上，此信號(hào)經(jīng)放大電路(4)后輸入可編程邏輯控制器(7)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的程序?qū)⒖刂菩盘?hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(6)，再由驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)中性減光板(2)轉(zhuǎn)動(dòng)，使其達(dá)到合適的衰減量以保證獲得穩(wěn)定的激光光束(10)。
[0011]光電探頭接收的反射光信號(hào)隨激光器輸出功率而浮動(dòng)，并且與光束最后的輸出成線(xiàn)性互補(bǔ)關(guān)系。適合調(diào)節(jié)任何波長(zhǎng)，任意大小的激光功率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，調(diào)節(jié)功率穩(wěn)定可靠，不受任何干擾，當(dāng)激光輸出功率在緩慢變化時(shí)，能得到變化范圍為< 1%的穩(wěn)定功率輸出。
[0012]系統(tǒng)通電后自動(dòng)復(fù)位待命，當(dāng)設(shè)定好所需要的激光功率值時(shí)，系統(tǒng)快速驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)中性密度濾光片正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，尋找所需穩(wěn)定的激光功率。當(dāng)激光功率存在波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)中性密度濾光片，使輸出功率維持在恒定值，抵消不穩(wěn)定因素的影響。由于步進(jìn)電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)較慢，故需另增加延時(shí)程序，調(diào)節(jié)延時(shí)的長(zhǎng)短可改變單位時(shí)間調(diào)節(jié)次數(shù)。
[0013]與以往的技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014]1.適合調(diào)節(jié)任何波長(zhǎng),任意大小的激光功率，
[0015]2.調(diào)節(jié)功率穩(wěn)定可靠，不受任何干擾，當(dāng)激光輸出功率緩慢變化時(shí)，能得到變化范圍為≤1%的穩(wěn)定功率輸出。
[0016]3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，編程簡(jiǎn)單。
[0017]4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少，維修方便，性能價(jià)格比高
[0018]5.硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶(hù)程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明高精度激光功率閉環(huán)控制器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]對(duì)北京科學(xué)儀器廠生產(chǎn)的He-Ne激光器用相干公司PM3激光功率計(jì)測(cè)量，連續(xù)24小時(shí)內(nèi)功率變8.3%。加裝本裝置后仍用上述功率計(jì)測(cè)量24小時(shí)，功率變化0.8%。本裝置使用中性密度濾光片是對(duì)可見(jiàn)光范圍內(nèi)各種激光設(shè)計(jì)的，如果是中紅外或CO2激光器可將中性密度濾光片改為硅、鍺材料，光電探頭在CO2激光器時(shí)改為熱釋電探測(cè)器，并以半導(dǎo)體致冷降溫，可以得到更加穩(wěn)定的光輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度激光功率閉環(huán)控制器，其特征在于包括使用可編程邏輯控制器(PLC)控制步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)圓形連續(xù)可變金屬型中性密度濾光片的旋轉(zhuǎn)，中性密度濾光片的反射光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后反饋至可編程邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)激光功率的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度激光功率閉環(huán)控制器，其特征在于所述激光器(I)的輸出光束(8)經(jīng)圓形連續(xù)可變金屬型中性密度濾光片(2)反射和透射，反射光(9)投射到光電探頭(3)上，此信號(hào)經(jīng)放大電路(4)后輸入可編程邏輯控制器(7)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的程序?qū)⒖刂菩盘?hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(6)，再由驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)中性減光板(2)轉(zhuǎn)動(dòng)，使其達(dá)到合適的衰減量以保證獲得穩(wěn)定的激光光束(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度激光功率閉環(huán)控制器，其特征在于光電探頭接收的反射光信號(hào)隨激光器輸出功率而浮動(dòng)，并且與光束最后的輸出成線(xiàn)性互補(bǔ)關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度激光功率閉環(huán)控制器，其特征在于適合調(diào)節(jié)任何波長(zhǎng)，任意大小的激光功率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，調(diào)節(jié)功率穩(wěn)定可靠，不受任何干擾，當(dāng)激光輸出功率緩慢變化 時(shí)，能得到變化范圍為< I %的穩(wěn)定功率輸出。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK104009383SQ201410184010
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】田英干, 廖洋, 亓秀芹 申請(qǐng)人:蘇州固德聚峰激光科技有限公司