一种光纤激光器系统及其控制方法与流程

本申请涉及光纤激光器，特别是涉及一种光纤激光器系统及其控制方法。

背景技术：

1、激光加工(切割、焊接、打标、雕刻、表面处理和3d打印等)是激光技术的工业应用，将一定功率的激光聚焦于被加工物体上，使激光与物体相互作用，加热、熔化或气化被加工物质，而达到加工目的。激光加工是一种典型的无接触式加工，与其他加工方式相比具有后续工艺少、可控性好、易于集成、加工效率高、材料损耗小、环境污染低、高柔性、高质量等显著优点。

2、近年来，激光加工不断替代传统加工方式，以激光器为基础的激光工业发展迅速，目前已被广泛应用于工业制造、通讯、信息处理、军事及教育科研等领域，形成了遍布全球的产业链条，产业分工的成熟度和深入程度不断提升。随着未来应用产品向超精超微方向发展，激光在微加工领域的应用将越来越广泛。随着科学技术的步伐始终向前，在激光加工的高科技领域，仍在探索更加尖端的技术应用。

3、对于激光加工设备，尤其是对激光打标机和激光雕刻机而言，激光功率输出的变化对打标和雕刻质量具有重要的影响。如果输出激光功率不精确或者设备稳定性较差，会导致打标结果出现灰度分层不均的问题或雕刻存在深浅不一的问题，尤为依托灰阶表现的灰阶图片的效果尤为突出。

技术实现思路

1、本申请主要提供一种光纤激光器系统及其控制方法，以解决长期输出的激光功率的稳定性及精度不高的问题。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种光纤激光器系统。该光纤激光器系统，包括：光纤激光器，包括激光泵浦源和分光镜，所述分光镜设置于所述激光泵浦源的激光发射光路上；光功率探测器，设置于所述分光镜的一分光支路上，用于探测所述光纤激光器的输出功率；控制器，基于所述输出功率与目标功率的差值来调控脉宽调制信号，所述脉宽调制信号用于调控所述光纤激光器的激光泵浦源的工作功率。

3、在一些实施例中，所述光功率探测器包括光电二极管及分别连接于所述光电二极管两端的正端跨阻放大器电路和负端跨阻放大器电路，其中所述光电二极管受经所述分光镜出射的光纤照射而产生光电流，所述正端跨阻放大器电路和所述负端跨阻放大器电路还连接所述控制器，所述控制器基于从所述正端跨阻放大器电路和所述负端跨阻放大器电路采集的电压信号获得所述光纤激光器的输出功率。

4、在一些实施例中，所述正端跨阻放大器电路用于探测第一及第二级电压范围，所述负端跨阻放大器电路用于探测第三及第四级电压范围。

5、在一些实施例中，所述正端跨阻放大器电路和所述负端跨阻放大器电路连接所述控制器的ad转换模块，所述ad转换模块用于将电压信号由模拟量转变为可读的数字量。

6、在一些实施例中，所述控制器采用pid控制算法并基于所述输出功率与目标功率的差值来调控所述脉宽调制信号。

7、在一些实施例中，所述pid控制算法中微分系数趋于0。

8、在一些实施例中，所述pid控制算法的公式为：

9、△u(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)

10、其中，△u(k)为所述脉宽调制信号的占空比的增量，kp为比例系数，ki为积分系数，e(k)为所述输出功率与目标功率的当前差值，e(k)-e(k-1)为当前差值与前一次差值之间的偏差值。

11、在一些实施例中，，所述光纤激光器还包括一级增益介质光纤、低反光栅、二级增益介质光纤、隔离器、准直器及激光振镜模块，所述一级增益介质光纤、所述低反光栅、所述二级增益介质光纤及所述隔离器设置于所述激光泵浦源和所述分光镜之间的光路上，所述准直器及所述激光振镜模块设置于所述分光镜的另一分光支路上。

12、在一些实施例中，所述光纤激光器还包括红光泵源和波分复用器，所述波分复用器设置于所述低反光栅和所述二级增益介质光纤之间的光路上，所述红光泵源用于向所述波分复用器出射红光，所述波分复用器用于将经所述一级增益介质光纤功率放大后的激光与所述红光合成一束光。

13、为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种光纤激光器系统的控制方法。该光纤激光器系统的控制方法应用于如上述的光纤激光器系统，该控制方法包括：通过所述光功率探测器实时探测所述光纤激光器的输出功率；基于所述输出功率与所述目标功率的差值调控所述脉宽调制信号。

14、本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请公开了一种一种光纤激光器系统及其控制方法。通过采用光功率探测器精确地在线探测光纤激光器的输出功率大小，再经过控制器的ad转换模块转变成可读的数据量，且利用pid控制算法来精确地调控脉宽调制信号的波形产生，可以有效地控制受脉宽调制信号调控的激光泵浦源，使得光纤激光器的输出功率能够得到有效且有序的精准逻辑调控，通过实现闭环控制可有效免疫于外部干扰，实现对光纤激光器的输出功率的高精度调节，最终可实现一种高精度的、全温的、长期稳定性好和超宽范围的激光功率输出方式。

技术特征：

1.一种光纤激光器系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述光功率探测器包括光电二极管及分别连接于所述光电二极管两端的正端跨阻放大器电路和负端跨阻放大器电路，其中所述光电二极管受经所述分光镜出射的光纤照射而产生光电流，所述正端跨阻放大器电路和所述负端跨阻放大器电路还连接所述控制器，所述控制器基于从所述正端跨阻放大器电路和所述负端跨阻放大器电路采集的电压信号获得所述光纤激光器的输出功率。

3.根据权利要求2所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述正端跨阻放大器电路用于探测第一及第二级电压范围，所述负端跨阻放大器电路用于探测第三及第四级电压范围。

4.根据权利要求2所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述正端跨阻放大器电路和所述负端跨阻放大器电路连接所述控制器的ad转换模块，所述ad转换模块用于将电压信号由模拟量转变为可读的数字量。

5.根据权利要求4所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述控制器采用pid控制算法并基于所述输出功率与目标功率的差值来调控所述脉宽调制信号。

6.根据权利要求5所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述pid控制算法中微分系数趋于0。

7.根据权利要求6所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述pid控制算法的公式为：

8.根据权利要求1所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述光纤激光器还包括一级增益介质光纤、低反光栅、二级增益介质光纤、隔离器、准直器及激光振镜模块，所述一级增益介质光纤、所述低反光栅、所述二级增益介质光纤及所述隔离器设置于所述激光泵浦源和所述分光镜之间的光路上，所述准直器及所述激光振镜模块设置于所述分光镜的另一分光支路上。

9.根据权利要求8所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述光纤激光器还包括红光泵源和波分复用器，所述波分复用器设置于所述低反光栅和所述二级增益介质光纤之间的光路上，所述红光泵源用于向所述波分复用器出射红光，所述波分复用器用于将经所述一级增益介质光纤功率放大后的激光与所述红光合成一束光。

10.一种光纤激光器系统的控制方法，所述光纤激光器系统是如权利要求1至9任一项所述的光纤激光器系统，其特征在于，所述控制方法包括：

技术总结本申请公开了一种光纤激光器系统及其控制方法。该光纤激光器系统，包括：光纤激光器，包括激光泵浦源和分光镜，所述分光镜设置于所述激光泵浦源的激光发射光路上；光功率探测器，设置于所述分光镜的一分光支路上，用于探测所述光纤激光器的输出功率；控制器，基于所述输出功率与目标功率的差值来调控脉宽调制信号，所述脉宽调制信号用于调控所述光纤激光器的激光泵浦源的工作功率。通过上述方式，本申请提供的光纤激光器系统能够使得光纤激光器的输出功率能够得到有效且有序的精准逻辑调控，通过实现闭环控制可有效免疫于外部干扰，实现对光纤激光器的输出功率的高精度且高稳定性调节。技术研发人员：蒋峰,黄正武,陈仁巧受保护的技术使用者：苏州创鑫激光科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14