專利名稱：金屬密封射頻二氧化碳激光器光模式優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光器的控制系統(tǒng)，具體涉及一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光模式優(yōu)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
金屬二氧化碳射頻激光器現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的運(yùn)用激光標(biāo)刻，切割，焊接等領(lǐng)域。激光模式是體現(xiàn)激光器質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，激光模式的好壞將直接影響激光器標(biāo)刻，切割，焊接的效果。好的激光器必須是單模的(TEMOO)。激光模式有橫模和縱模之分，我們這里只要討論的橫模。 金屬二氧化碳射頻激光器的激光模式，其中的橫模主要受諧振腔兩端的全反鏡和半反鏡的影響。這兩塊鏡片表面的平整度，兩塊鏡片的平行度以及鏡片和諧振腔光軸的垂直度都直接影響激光模式的好壞?，F(xiàn)有激光器的生產(chǎn)，在生產(chǎn)工藝上可以保證全反鏡和半反鏡鏡面的平整度。在激光器的安裝過程中，通過專門的調(diào)光和對(duì)光手段，保證兩塊鏡片的平行度以及鏡片和光軸的垂直度。安裝好之出廠以后，在使用過程中就不能再進(jìn)行調(diào)節(jié)。激光器在使用過程中，會(huì)產(chǎn)生很高的溫度。因?yàn)闊崦浝淇s的原因，溫度的變化會(huì)導(dǎo)致激光器諧振腔一些結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這些變化包括激光器諧振腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微變化。這些變化會(huì)導(dǎo)致諧振腔的光軸發(fā)生變化，激光器諧振腔外殼會(huì)發(fā)生輕微變化。因?yàn)殓R片是通過機(jī)械方式固定在諧振腔外殼上的，諧振腔外殼的變化會(huì)改變鏡片的位置以及角度。這些變化雖然很微小，但是激光器諧振腔對(duì)垂直度和平行度要求非常高。關(guān)鍵部分結(jié)構(gòu)0. Olmm尺寸的變化，都會(huì)影響激光模式的變化。對(duì)于金屬二氧化碳激光器，諧振腔采用的材質(zhì)是鋁型材，根據(jù)計(jì)算，對(duì)于50攝氏度的溫度變化，因?yàn)闊崦浝淇s，足以產(chǎn)生影響激光模式變化的尺寸變化。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，雖然在常溫的方式下可保證的很好的激光模式，但是激光器出廠后，在運(yùn)輸和使用過程中，因?yàn)橹C振腔機(jī)械尺寸的變化而導(dǎo)致激光模式變化。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式無法動(dòng)態(tài)調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)す馄髂Ｊ竭M(jìn)行實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)控制，進(jìn)而保證激光器的激光模式在工作過程中不會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓儾畹慕饘倜芊馍漕l二氧化碳激光器光模式優(yōu)化控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用技術(shù)方案如下—種金屬密封射頻二氧化碳激光器光模式優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括一控制板、以及與所控制板連接的激光器管芯，在所述激光器管芯兩端安裝有鏡片；還包括一分光鏡、嵌入式激光模式檢測模塊、以及步進(jìn)電機(jī)；所述嵌入式激光模式檢測模塊通過設(shè)置于激光器發(fā)射端的所述分光鏡實(shí)時(shí)監(jiān)測激光模式，并傳遞給所述控制板；所述控制板根據(jù)檢測到的所述激光模式信息計(jì)算出PWM控制量，并控制步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作以調(diào)節(jié)所述鏡片以保證激光模式的最優(yōu)。本發(fā)明通過嵌入式激光模式檢測模塊對(duì)激光器模式進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并通過控制板進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，以保證激光器的激光模式在工作過程中不會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓儾睢１景l(fā)明根據(jù)實(shí)時(shí)檢測到的數(shù)字化激光模式曲線，根據(jù)各種判據(jù)，進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)激光器諧振腔兩端的鏡片，以保證激光模式的最優(yōu)。本發(fā)明通過檢測出的激光模式，利用本發(fā)明的算法和嵌入式光模式控制器，我們可以實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)激光器的模式，以適應(yīng)激光器溫度變化對(duì)激光模式帶來的影響，從而使激光模式始終處于單模狀態(tài)。


此

所提供的圖片用來輔助對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部 分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中圖I為激光模式的能量密度三維高斯分布圖；圖2為激光模式的能量密度一維高斯分布圖；圖3為數(shù)字化激光模式曲線；圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖示I、控制板2、激光器管芯3、鏡片4、分光鏡5、嵌入式激光模式檢測模塊 6、步進(jìn)電機(jī)
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方法來詳細(xì)說明本發(fā)明，在本發(fā)明的示意性實(shí)施及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例I :如圖4所示，本發(fā)明公開了一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光模式優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括一控制板I、以及與所控制板連接的激光器管芯2，在所述激光器管芯2兩端安裝有鏡片3 ;它還包括一分光鏡4、嵌入式激光模式檢測模塊5、以及步進(jìn)電機(jī)6,嵌入式激光模式檢測模塊5通過設(shè)置于激光器發(fā)射端的分光鏡4實(shí)時(shí)監(jiān)測激光模式，并傳遞給控制板1，控制板I根據(jù)檢測到的所述激光模式信息計(jì)算出PWM控制量，并控制步進(jìn)電機(jī)6的動(dòng)作以調(diào)節(jié)所述鏡片3以保證激光模式的最優(yōu)。激光模式對(duì)于理想的單模激光，在光橫截面上的激光的能量密度分布為高斯分布，如圖I所示。在激光光束的中心，激光的能量密度是最高的，然后向四周功率密度逐步降低。在X軸和Y軸的剖面上，激光的能量分布滿足一維的高斯分布，如圖2所示。根據(jù)以上理想的單模激光的能量分布圖，我們只需檢測出過原點(diǎn)的X軸和Y軸方向上的能量分布圖是否滿足以上分布規(guī)律，如果有偏差就利用相應(yīng)的算法進(jìn)行調(diào)節(jié)。這就是模式優(yōu)化控制算法基本思想。數(shù)字化激光模式曲線要想計(jì)算機(jī)能進(jìn)行優(yōu)化控制，首先必須對(duì)激光模式曲線進(jìn)行數(shù)字化處理。如圖3所示，就是數(shù)字化后的激光模式曲線圖，圖中虛線是實(shí)際的激光模式圖，實(shí)線部分是經(jīng)過計(jì)算機(jī)離散化后的數(shù)字化激光模式曲線圖。激光器控制板的中央處理器就是通過兩套(X軸和Y軸)這樣的曲線圖完成激光模式的控制算法。有關(guān)數(shù)字化激光模式曲線圖的形成方式和過程可參考我公司其他專利文檔。上圖在中央處理器的存儲(chǔ)和處理形式就是兩個(gè)數(shù)組，分別對(duì)應(yīng)X軸方向和Y軸方向Px[] = {PxO, Pxl, Px2, Px3, Px4,........Pxmax}；Py[] = {PyO, Pyl, Py2, Py3, Py4,.........Pymax}；數(shù)組的大小和嵌入式激光模式測試模塊的分辨率有關(guān)。激光模式判據(jù)我們根據(jù)以下三個(gè)算法來判斷激光模式的好壞，同時(shí)計(jì)算出鏡片的調(diào)節(jié)幅度功率密度最大值和最大值的位置理想狀態(tài)下，單模激光的最大功率位置應(yīng)該在原點(diǎn)(0，0)。如果最大功率位置偏離了原點(diǎn)(0，0)，則說明了激光模式出現(xiàn)的偏差。最大值位置離原點(diǎn)(0，0)越大，表明激光模式變化越大。具體算法的實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)字化激光模式曲線圖，即數(shù)組Px[]和Py□，其原點(diǎn)位置
應(yīng)該是
權(quán)利要求
1.一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光模式優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括一控制板、以及與所控制板連接的激光器管芯，在所述激光器管芯兩端安裝有鏡片，其特征在于 還包括一分光鏡、嵌入式激光模式檢測模塊、以及步進(jìn)電機(jī)； 所述嵌入式激光模式檢測模塊通過設(shè)置于激光器發(fā)射端的所述分光鏡實(shí)時(shí)監(jiān)測激光模式，并傳遞給所述控制板； 所述控制板根據(jù)檢測到的所述激光模式信息計(jì)算出PWM控制量，并控制步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作以調(diào)節(jié)所述鏡片以保證激光模式的最優(yōu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光器的控制系統(tǒng)，具體公開了一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光模式優(yōu)化控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過嵌入式激光模式檢測模塊對(duì)激光器模式進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并通過控制板進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，以保證激光器的激光模式在工作過程中不會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓儾?。本發(fā)明根據(jù)實(shí)時(shí)檢測到的數(shù)字化激光模式曲線，根據(jù)各種判據(jù)，進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)激光器諧振腔兩端的鏡片，以保證激光模式的最優(yōu)。
文檔編號(hào)H01S3/102GK102761054SQ20111019018
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者王紅青, 邱收 申請(qǐng)人:武漢晶石光電技術(shù)有限公司