專利名稱：一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機(jī)漂移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光束控制領(lǐng)域，涉及一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機(jī)漂移的方法。
背景技術(shù)：
自1960年第一臺(tái)紅寶石激光器問(wèn)世以來(lái)，激光技術(shù)以其單色性好、方向性好、穩(wěn)定性好、高亮度等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活及科學(xué)研究的多個(gè)領(lǐng)域。但是激光器工作時(shí)， 由于諸多因素的影響，會(huì)使得輸出光束在傳播過(guò)程中產(chǎn)生漂移，從而影響激光在精密測(cè)量和精密加工等方面的應(yīng)用。脈沖激光器光束漂移來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面(1)激光器本身發(fā)光機(jī)理會(huì)導(dǎo)致光束產(chǎn)生漂移；( 裝置及大地抖動(dòng)引起的隨機(jī)漂移；C3)光束傳播路徑中的外界傳輸環(huán)境(周圍環(huán)境的溫度、壓力、濕度、振動(dòng)等)的變化引起傳輸系統(tǒng)狀態(tài)的不穩(wěn)定。目前一般運(yùn)用以下措施減小光束漂移(1)對(duì)于激光器系統(tǒng)選用熱變形小的材料。( 排熱降溫法?？刹捎盟浣禍胤?，或高速吹風(fēng)機(jī)縱向吹氣法排走大量的熱量。(3) 應(yīng)用自適應(yīng)光學(xué)及多元回歸對(duì)光束漂移進(jìn)行綜合修正。在發(fā)射系統(tǒng)中加入變形鏡，矯正光束波前畸變，補(bǔ)償大氣傳輸造成的影響。(4)利用激光裝置整體溫漂閉環(huán)反饋控制法和激光方向穩(wěn)定性專用裝置控制漂移?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是(1)多為硬件上的改進(jìn)加入新的元件、裝置或是改變?cè)胁牧希? 多針對(duì)連續(xù)光，鮮有專門針對(duì)脈沖激光的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為克服已有不足，提供一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機(jī)漂移的方法，為實(shí)時(shí)在線控制脈沖激光光束的漂移提供了一種快速準(zhǔn)確的手段，節(jié)省時(shí)間和成本。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機(jī)漂移的方法，已知光源波長(zhǎng)、 初始幾何參數(shù)、入射脈沖的隨機(jī)漂移范圍及一個(gè)脈沖段所含脈沖數(shù)m(m為正整數(shù))，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟一確定脈沖窗口數(shù)η及脈沖數(shù)k，n，k均為正整數(shù)，且η彡k彡m-1 ；；步驟二根據(jù)如下的漂移量移動(dòng)平均值公式，以脈沖窗口數(shù)為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算漂移量移動(dòng)平均值；
1 n-\漂移量移動(dòng)平均值公式^(幻=-21@-力，1^ = η, n+1, . . . m, η為脈沖窗口數(shù)，
nJ=O
k為脈沖數(shù)，x(k)是第k個(gè)脈沖的漂移量，Xma (k)是第k個(gè)脈沖漂移量移動(dòng)平均值，由于光束漂移可以分為位置漂移和指向漂移，因此由上式可推知具體的兩種漂移量移動(dòng)平均值公式，如下
1 n-\位置漂移量移動(dòng)平均值^ (幻=-Σ -))，k = η, n+1, ...m(s為入射脈沖光束
nJ=O的位置漂移量，Sma是位置漂移量移動(dòng)平均值)；
1 n-\指向漂移量移動(dòng)平均值幻=_Σ外A-))，k = η, η+1, . . .m( θ為其指向漂移
nJ=O
量，θ Μ是指向漂移量移動(dòng)平均值)；步驟三依據(jù)步驟二計(jì)算出的位置漂移量移動(dòng)平均值和指向漂移量移動(dòng)平均值，利用如下的校正量公式分別對(duì)每一個(gè)位置漂移量移動(dòng)平均值和指向漂移量移動(dòng)平均值，使其歸0;漂移量校正公式y(tǒng)(k) = ξ -y(k-l)+n · χ (k)(其中，k為脈沖數(shù)，χ (k)是第k個(gè)脈沖的漂移量，y(k)是第k個(gè)脈沖的校正量，ξ是通過(guò)仿真優(yōu)化得出的一個(gè)系數(shù)值，n是一與激光器自身特性相關(guān)的參數(shù))，由漂移量校正公式可推出位置漂移量和指向漂移量校正公式，如下位置漂移量校正公式1 (k) = ξ · 1 (k-i) + η · s (k), (1是位置漂移校正量)；指向漂移量校正公式r(k) = ξ -r(k-l)+n · θ (k)，(r是指向漂移校正量)；當(dāng) k = 1 時(shí)，1(0) = 0，r(0) = 0 ；步驟四判斷脈沖數(shù)k是否等于m-1 (m為一段脈沖的總脈沖數(shù))，若不等于，則依次
重復(fù)步驟二和步驟三；若等于，則結(jié)束。所述光源根據(jù)實(shí)際需求選擇，從紅外到紫外的光波波段均可。本發(fā)明的原理由脈沖激光器特性可知，出射激光脈沖和脈沖之間光束漂移都不相同，但也有一定規(guī)律可循，激光脈沖序列可以被分為許多段，各段都由一定的脈沖數(shù)組成，在段與段之間，脈沖的平均漂移量會(huì)發(fā)生較大幅度的跳變，而在一段范圍內(nèi)，脈沖激光器位置和指向漂移的評(píng)價(jià)可以用動(dòng)態(tài)平均值(moving average,ΜΑ)描述，MA數(shù)學(xué)表達(dá)式描述如下
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機(jī)漂移的方法，其特征在實(shí)現(xiàn)步驟如下已知光源波長(zhǎng)、初始幾何參數(shù)、入射脈沖的隨機(jī)漂移范圍及一個(gè)脈沖段所含脈沖數(shù)m， 其中m為正整數(shù)；步驟一確定脈沖窗口數(shù)η及脈沖數(shù)k，η, k均為正整數(shù)，且η彡k彡m-1 ； 步驟二 根據(jù)如下的漂移量移動(dòng)平均值公式，以脈沖窗口數(shù)為基準(zhǔn)計(jì)算漂移量移動(dòng)平均值； 漂移量移動(dòng)平均值公式^(幻=-11@-·/')，!^ = n, n+1, ...m, η為脈沖窗口數(shù)，k為 脈沖數(shù)，X(k)是第k個(gè)脈沖漂移量，Xma (k)是第k個(gè)脈沖漂移量移動(dòng)平均值；光束漂移分為位置漂移和指向漂移，由上式推出具體的兩種漂移量移動(dòng)平均值公式， 如下 位置漂移量移動(dòng)平均值^ (幻ζ-ΣΜΑ-·/') 'k = n,n+l,...m,s為入射脈沖光束的位 置漂移量，Sma是位置漂移量移動(dòng)平均值， 指向漂移量移動(dòng)平均值^㈨= -1^^))4 = n，n+1，...m，θ為其指向漂移量， θ MA是指向漂移量移動(dòng)平均值；步驟三依據(jù)步驟二計(jì)算出的位置漂移量移動(dòng)平均值和指向漂移量移動(dòng)平均值，利用如下的校正量公式分別對(duì)每一個(gè)位置漂移量移動(dòng)平均值和指向漂移量移動(dòng)平均值進(jìn)行校正，使其歸0;漂移量校正公式y(tǒng)(k) = ξ 1(1^-1) + 11 ·Χ(10，其中，k為脈沖數(shù)，X(k)是第k個(gè)脈沖的漂移量，y(k)是第k個(gè)脈沖的校正量，ξ是通過(guò)仿真優(yōu)化得出的一個(gè)系數(shù)值，n是一與激光器自身特性相關(guān)的參數(shù)；由漂移量校正公式可推出位置漂移量和指向漂移量校正公式，如下位置漂移量校正公式1 (k) = ξ · 1 (k-l) + η -s(k),l是位置漂移校正量； 指向漂移量校正公式r(k) = ξ τ (k-l)+η · θ (k)，r是指向漂移校正量； 當(dāng) k = 1 時(shí)，1(0) = 0, r(0) = 0 ；步驟四判斷脈沖數(shù)k是否等于m-1，若不等于，則依次重復(fù)步驟二和步驟三；若等于， 則結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機(jī)漂移的方法，其特征在于所述光源波長(zhǎng)根據(jù)實(shí)際需求選擇，從紅外到紫外的光波波段均可。
全文摘要
一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機(jī)漂移的方法，該方法基于漂移量移動(dòng)平均值(MA)原理，對(duì)脈沖光束進(jìn)行單脈沖校正，可以及時(shí)有效地穩(wěn)定光束，校正隨機(jī)漂移。其關(guān)鍵在于提出合適的漂移量校正公式y(tǒng)(k)＝ξ·y(k-1)+η·x(k)(其中，k為脈沖數(shù)，x(k)是第k個(gè)脈沖的漂移量，y(k)是第k個(gè)脈沖的校正量，ξ是通過(guò)仿真優(yōu)化得出的一個(gè)系數(shù)值，η是一與激光器自身特性相關(guān)的參數(shù))，實(shí)現(xiàn)對(duì)光束漂移的閉環(huán)實(shí)時(shí)校正。本發(fā)明為脈沖激光束的穩(wěn)定提供了一種快速準(zhǔn)確的手段；在光束控制、信號(hào)探測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01S3/13GK102368589SQ201110338389
公開(kāi)日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者廖志杰, 張麗霞, 張海波, 林嫵媚, 王瑞林, 甘大春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所