一种激光控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光控制方法，其包括以下步骤：S20，控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。采用上述方案，本发明在充能结束时注入引导光脉冲，引导光脉冲会将注入的能量全部带走，确保在开始和结束时每一个脉冲能量一致，使得光脉冲能够逐个放大控制，从而有效控制脉冲落点。
【专利说明】一种激光控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光技术，尤其涉及的是，一种激光控制方法。
【背景技术】
[0002]激光输出装置包括激光器、激光设备以及能够输出激光的仪器、能够输出激光的系统等，其中，固体激光器是用固体激光材料作为工作物质的激光器。固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。
[0003]光纤激光器是固体激光器的一种，其包括用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，是在光纤放大器的基础上开发出来的，其与传统激光器相比具有以下优势:成本低、小型化、泵浦不需要严格的相位匹配、波导结构、损耗低、转换效率高、阀值低、输出激光波长多、可调谐等。目前光纤激光器已经应用于各个领域，包括光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等。
[0004]目前，光纤激光器有单端泵浦，双端泵浦两种，后者的功率可以达到很高，而大功率激光器通常都是脉冲式输出。双包层光纤使得高功率的光纤激光器和高功率的光放大器的制作成为现实。脉宽可调MOPA (Master Oscillator Power Amplifier,主控震荡光纤放大器)型脉冲光纤激光器具有脉冲宽度可调、高峰值功率、重复率高、开关速度快等优点。MOPA型光纤激光器由主振荡器(MO)与功率放大器(PA)两部分组成，其中功率放大器可有多级。
[0005]这样的激光器可以在连续或脉冲模式工作，但是一些工作介质不能承受连续的泵浦，所以只能以脉冲方式工作。当激光器以脉冲方式工作时，会在瞬间释放巨大能量，使金属材料局部蒸发，从而完成打孔，切割等工作。
[0006]例如，一台脉冲激光器，脉冲能量是0.14mJ/次，每次脉宽20ns,脉冲频率10kHz，平均功率为:0.14mJ X 100k=14J/s=14ff,即平均功率为14瓦；峰值功率是每次脉冲能量与脉宽之比，即峰值功率:0.14mJ/20ns=7000W=7kW，峰值功率为7千瓦。
[0007]但是，现有的脉冲光纤激光器，是将脉冲按照一个序列一个脉冲组合来实现控制的，控制的是同一组且连续的多个脉冲，对整组的脉冲进行放大和控制，在脉冲序列的开始和结束位置的脉冲和中间稳定的脉冲并不相同，在功率上有一定的差异；而且脉冲和开始打标的信号时序并没有精确的控制，导致在重复打同一图像时不能让脉冲落在同一点。
[0008]要解决上述脉冲落点问题，现有的方法是，针对每一台机器，在控制其标刻不同图像时，调节控制软件的延时，这种方法耗时长，一致性也不好，效率低下。
[0009]关于脉冲能量不一致问题，现有的方法是，在机器内部通过软件来调节几个部分的时序来解决的，这种方法并不可靠，对机器的可靠性有一定影响，客户使用起来不方便。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是提供一种新的激光控制方法。
[0011]本发明的技术方案如下:一种激光控制方法，其包括以下步骤:S20，控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。
[0012]优选的，所述激光控制方法中，步骤S20中，同步控制脉冲和功率信号进行充能。
[0013]优选的，所述激光控制方法中，步骤S20中，分别独立控制脉冲和功率信号进行充倉泛。
[0014]优选的，所述激光控制方法中，在有源光纤中执行步骤S20。
[0015]优选的，所述激光控制方法中，根据所述有源光纤的掺杂成分设置所述引导光脉冲的波长。
[0016]优选的，所述激光控制方法中，步骤S20中，在所述充能之前还执行步骤:S21，根据所述有源光纤的长度，设置注入能量。
[0017]优选的，所述激光控制方法中，步骤S20中，根据所述注入能量设置所述引导光脉冲。
[0018]优选的，所述激光控制方法中，步骤S20中，在充能结束之前注入所述引导光脉冲。
[0019]优选的，所述激光控制方法中，步骤S20之前，执行以下步骤:S10，根据激光输出，获取其脉冲和功率信号。
[0020]优选的，所述激光控制方法中，采用现场可编程门阵列进行所述控制。
[0021]采用上述方案，本发明在充能结束时注入引导光脉冲，引导光脉冲会将注入的能量全部带走，确保在开始和结束时每一个脉冲能量一致，从而有效控制脉冲落点。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明一个实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0024]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0025]除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0026]本发明解决了光脉冲的精确控制问题，可实现光脉冲放大的逐个控制；可应用于各种光放大的场合。一种激光控制方法，包括以下步骤:S20，控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。优选的，逐个控制脉冲和功率信号进行充能。优选的，在发生放大自发辐射之前，注入所述引导光脉冲，例如，在充能结束时且在发生放大自发辐射之前，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。这样，在脉冲序列的开始和结束位置的脉冲和中间稳定的脉冲相同，在功率上保持一致，使得光脉冲能够逐个放大控制，从而解决了脉冲落点问题以及脉冲能量不一致问题。其中，所述脉冲指的是脉冲序列中的各个脉冲，不包括弓I导光脉冲；弓I导光脉冲独立于所述脉冲序列。例如，步骤S20中，控制脉冲序列中的各个脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时且在发生放大自发辐射之前，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。又如，步骤S20中，根据所述脉冲序列控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。
[0027]优选的，所述激光控制方法中，步骤S20中，同步控制脉冲和功率信号进行充能。或者，步骤S20中，分别独立控制脉冲和功率信号进行充能。这个充能(Pump，也称泵浦)不一定同步，也就是说，是脉冲及功率都可以独立控制在时间上可以同步也可以异步；优选的，同步控制脉冲和功率信号进行充能，这样可以获得较好的控制效果。优选的，所述激光控制方法中，采用现场可编程门阵列(FPGA)进行所述控制。例如，采用现场可编程门阵列进行所述同步控制。这样，基于FPGA控制核心，主要应用于脉冲光纤激光器行业，能够实现精确打标、雕刻、切割；从而可以精确到每一个脉冲的控制，以使标刻的图像更加准确、切割更加整齐。
[0028]优选的，所述激光控制方法中，在有源光纤中执行步骤S20。例如，根据所述有源光纤的掺杂成分设置所述引导光脉冲的波长；优选的，以一个经验值的引导光脉冲的波长为基准，根据所述掺杂成分动态上下调整2%至5%。其中，引导光脉冲的波长与有源光纤的掺杂成分有关系，比如掺镱的有源光纤使用的引导光脉冲的波长是1062至1067nm，优选的，掺镱的有源光纤使用的引导光脉冲的波长是1064nm。又如，根据实验结果选择掺钕等掺杂成分的有源光纤使用的引导光脉冲的波长。
[0029]优选的，步骤S20中，在所述充能之前还执行步骤:S21，根据所述有源光纤的长度，设置注入能量。对于所述长度，理论上没有什么限制，例如选择2-4米的有源光纤，一般由于受激布里渊散射(SBS)的影响，高功率时都不会太长。优选的，根据所述注入能量设置所述引导光脉冲。
[0030]优选的，所述激光控制方法中，步骤S20中，在充能结束之前注入所述引导光脉冲。例如，步骤S21之后，还执行步骤S22:计算所述充能时间；并且，步骤S20中，根据所述充能时间，在充能结束时，注入所述引导光脉冲；又如，这个引导光脉冲只要在发生ASE之前注入即可，充能后至发生ASE通常还是存在几个毫秒的时间差。优选的，在充能结束与ASE发生之前的时间段内，注入所述引导光脉冲。优选的，在充能结束与ASE发生之前的时间段的中点，注入所述弓I导光脉冲。
[0031 ] 优选的，所述激光控制方法中，步骤S20之前，执行以下步骤:S10，根据激光输出，获取其脉冲和功率信号。例如，如图1所示，一种激光控制方法，包括以下步骤:根据激光输出，获取其脉冲和功率信号，控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。优选的，步骤S20中，根据所述脉冲的波形、频率、占空比和转换时间设置所述引导光脉冲的波形、频率、占空比和转换时间。优选的，步骤SlO中，读取所述激光输出的文件，获取其脉冲和功率信号。优选的，步骤SlO中，还执行步骤Sll:根据所述引导光脉冲的信息，预调整所述脉冲和功率信号。例如，延迟设置所述脉冲。这样，在弓I导光脉冲确定的时候，可以微调或者修改所述脉冲和功率信号。
[0032]例如，一个例子是，一种激光控制方法，包括以下步骤:根据激光输出，获取其脉冲和功率信号，异步控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。又一个例子是，一种激光控制方法，包括以下步骤:根据激光输出，获取其脉冲和功率信号，同步控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时且在发生放大自发辐射之前，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。又一个例子是，一种激光控制方法，包括以下步骤:读取激光输出的文件，获取其脉冲和功率信号，控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束之前，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。
[0033]优选的，步骤S20之后，还执行步骤S30:上传充能记录。优选的，步骤SlO之前，还执行步骤SOl:获取充能记录，判断其是否超过预设值，是则锁定，不再执行后续步骤，包括步骤SlO和/或步骤S20。优选的，步骤SOl在激光器启动时执行。优选的，步骤SOl之后，还执行步骤S02，获取控制信息，判断其是否包含锁定指令，是则锁定，不再执行后续步骤；这样，激光器厂家或者管理组织就能够远程管理该激光器，有效进行用户或者仪器管理，阻止非法使用或者非正常使用激光器，特别适合租赁行业，尤其是公司现有产品的管理。
[0034]又如，本发明的一个实施例是，所述激光控制方法中，所述脉冲序列中的各个脉冲，包括一个子脉冲序列，即，每一个脉冲均包括一个子脉冲序列，其中有若干个子脉冲，或者说，采用子脉冲序列替代所述脉冲，其中，所述子脉冲序列包含若干子脉冲。这样，步骤S20之后，能够输出包含若干子脉冲的脉冲序列，以替代现有技术所输出的脉冲，这样，原来一个脉冲的特性由一组脉冲的特性来取代，从而能够灵活有效地输出激光。这样，可以适用于各种不同的材料和工艺，持续或者间断输出激光，使得激光器的使用范围更广泛，不局限于金属加工或者塑料加工。例如，在激光输出端输出所述子脉冲序列时，先读取包含所述子脉冲序列的控制文件，然后根据所述控制文件输出所述子脉冲序列；优选的，采用计算机预先设置若干子脉冲序列，统一生成一控制文件，所述激光输出端根据所述控制文件顺序输出各所述子脉冲序列，各所述子脉冲序列中，每一所述子脉冲序列包含若干相异宽度的子脉冲，和/或，至少一所述子脉冲序列包含若干相异宽度的子脉冲。
[0035]或者，对于现有技术，将其脉冲输出中的每一个脉冲，采用相同或相异的子脉冲序列替代，例如，其中，每一子脉冲序列包含若干相同或者相异的子脉冲；例如，对于现有技术，将脉冲输出中的每一个脉冲，采用一个相同的子脉冲序列替代，例如，每一子脉冲序列包含若干相同或者相异的子脉冲；又如，将脉冲输出中的每一个脉冲，采用一个相同子脉冲序列替代；优选的，所述子脉冲序列包含若干宽度相同或相异的子脉冲，例如，所述子脉冲序列中，至少一子脉冲的宽度与其它子脉冲的宽度相异；又如，所述子脉冲序列包含若干相异宽度的子脉冲。优选的，所述子脉冲序列包含若干频度相同或相异的子脉冲，例如，所述子脉冲序列中，至少一子脉冲的频度与其它子脉冲的频度相异；又如，所述子脉冲序列包括若干相异频率的子脉冲。例如，将现有技术的一个个方波的脉冲，每一个方波替换成一个子脉冲序列，其中包含若干子脉冲。又如，将现有技术的一个个三角波的脉冲，每一个三角波替换成一个子脉冲序列，其中包含若干相异宽度的子脉冲。这样，替代之后，原来一个脉冲的特性由一组脉冲的特性来取代，自然的，它的特点就更多，所以应用更有优势。这样，可以适用于各种不同的材料和工艺，持续或者间断输出激光，使得激光器的使用范围更广泛，不局限于金属加工或者塑料加工。优选的，所述激光输出端在输出子脉冲序列时，判断其是否包含若干相异宽度的子脉冲，是则输出相异宽度子脉冲的子脉冲序列，否则输出相同宽度子脉冲的子脉冲序列，即类似于现有模式进行激光输出，但是每一个脉冲改成了一个子脉冲序列。优选的，所述激光输出端设置子脉冲序列识别模式，在输出子脉冲序列时，判断其是否包含若干相异宽度的子脉冲，是则采用相异宽度子脉冲序列模式输出相异宽度子脉冲的子脉冲序列，否则采用相同宽度子脉冲序列模式输出相同宽度子脉冲的子脉冲序列，这样，对于激光器来说，对其控制方式进行了优化。
[0036]优选的，所述激光输出方法中，步骤S30中或之后，还执行以下步骤:S31，统计所述激光输出端输出激光的总时长；例如，步骤S30中，输出激光时，根据所述子脉冲序列中各子脉冲的宽度与频率，计算该次输出激光的时长，同时，统计所述激光输出端输出激光的总时长。优选的，所述激光输出方法中，步骤S30中或之后，还执行以下步骤:S32，上传所述激光输出端该次输出激光的时长；例如，步骤S30中，输出激光时，根据所述子脉冲序列中各子脉冲的宽度与频率，计算该次输出激光的时长，同时，上传所述激光输出端该次输出激光的时长。例如，优选的，步骤S30中或之后，还执行以下步骤S03:输出激光时，根据所述子脉冲序列中各子脉冲的宽度与频率，计算该次输出激光的时长；S31，统计所述激光输出端输出激光的总时长；S32,上传所述激光输出端该次输出激光的时长。
[0037]例如，步骤S03中，记录所述激光输出装置每次输出激光的时长；然后，累计所述激光输出装置输出激光的输出总时长。优选的，步骤S03之前，预设所述激光输出装置输出激光的输出维护总时长；步骤S03中，判断所述输出总时长大于所述输出维护总时长，则锁定所述激光输出装置，停止输出激光。优选的，停止输出激光时，反馈锁定信息，优选的，还反馈处理建议；优选的，还反馈报警信息。
[0038]优选的，所述激光输出方法还包括以下步骤:S001，所述激光输出装置启动或者发生位置变动时，获取其自身位置信息并记录；例如，所述激光输出装置启动时，获取其自身位置信息并记录；或者，所述激光输出装置启动时，判断自身位置是否发生变动，是则获取其自身位置信息并记录；所述记录包括缓存于临时记忆体中与存储于永久记忆体中。这样，激光输出装置自身能够对其位置有一个记录信息。优选的，步骤SOOI之后，还执行以下步骤:S002，将所述位置信息上传到预设服务器；上传包括在获取位置信息后即时上传到预设服务器，或者在某一预设上传时间，将之前获取的各位置信息集中上传到预设服务器。优选的，实时上传，例如，每次所述激光输出装置启动或者发生位置变动时，获取其自身位置信息并记录，然后将所述位置信息上传到预设服务器；又如，所述激光输出装置每次启动时，判断自身位置是否发生变动，是则获取其自身位置信息并记录，然后将所述位置信息上传到预设服务器，否则不上传；或者定时上传，所述激光输出装置每次启动时，判断是否间隔了一定时间，例如I小时、5小时或者10小时等，是则获取其自身位置信息并记录，然后将所述位置信息上传到预设服务器；具体的位置获取方式，可以参照现有GPS定位、北斗卫星定位等方式实现，在此从略。优选的，步骤S002之后，还执行以下步骤:S003，根据各所述位置信息，输出所述激光输出装置的时间位置轨迹；例如，输出时间位置轨迹图道用户或者管理员的手机、邮箱上，或者输出到服务器。
[0039]例如，所述激光输出装置输出激光时，执行以下步骤S020:获取子脉冲的数量和宽度，计算该次输出激光的时长；其中，宽度是子脉冲的宽度，即子脉冲宽度，从学术角度来看，就是电流或者电压随时间有规律变化的时间宽度，脉冲的波形包括方波、三角波、锯齿波、正弦函数波等，这些波形的变化，都是有一定规律的；例如，方波里面一般不说脉冲宽度，而是说占空比，即在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值；根据这个宽度可以确定脉冲的输出时间。这样，可以精确地计算激光输出的准确时间，或者说，仅仅在激光输出的时候才计时，不计算间歇期。
[0040]又如,所述激光输出装置输出激光时,记录输出激光时间点；然后,所述激光输出装置停止输出时，记录停止输出时间点，根据所述输出激光时间点与所述停止输出时间点，计算该次输出激光的时长；这样，可以计算激光输出的全部时间，包括了脉冲的波峰和波谷的全部时间。然后还累计所述激光输出装置输出激光的输出总时长。这样，可以在输出激光的时候，获得该次输出激光的时长以及累计输出激光的输出总时长。例如，采用一个计时器，在每次输出激光时开始计时，优选的，定时输出计时结果，例如，每隔5秒种、10秒钟、30秒钟或者I分钟输出一次计时结果；又如，实时输出计时结果，需要说明的是，所述“实时”需要根据系统的性能设定，例如，每秒、每1/2秒、每1/10秒或每1/100秒反馈一次计时结果；这样，可以及时获得该次输出激光的当前输出时长以及累计输出激光的输出总时长。优选的，还将上述当前时长以及累计输出激光的输出总时长实时上报激光输出装置或其控制系统或者服务器。例如，所述激光输出装置为激光器，尤其是光纤激光器，或者，所述激光输出装置为激光设备等。
[0041]优选的，所述激光输出装置输出激光时，还记录输出激光的操作文件信息；优选的，记录所述操作文件信息后，还上传到预设服务器；优选的，所述操作文件信息包括输出激光时间；这样，可以有效地对所述激光输出装置进行时间管理，例如，什么时间输出了什么操作文件，持续输出多长的时间等等；从而在服务器端能够了解和后续控制所述激光输出装置的输出。具体地时间管理方法，可以参照现有的办公软件、网络软件进行控制，本发明各实施例对此不作限制。
[0042]优选的，当所述激光输出装置输出激光时,记录输出激光时间点，还读取所述输出总时长，这样，可以直接获得结合历史记录的所述激光输出装置输出激光的当前的输出总时长信息；如果是第一次输出激光或者没有所述输出总时长，例如被管理员清空数据等，则返回空值或者零，即所述输出总时长为零。这样，可以实时或者定时获取所述激光输出装置输出激光的输出总时长，无需等待所述激光输出装置停止输出。
[0043]本发明各实施例通过在合适长度的有源光纤中注入足够能量，在其发生ASE(Amplified Spontaneous Emiss1n,放大自发福射)之前，即在原子核外围电子的自发跃迁辐射之前，注入一个用于引导的光脉冲，脉冲吸收能量之后变成同等宽度但是功率增大的高能量脉冲，这就是光纤激光器的原理；目前光纤机的控制主要是保持脉冲而仅仅控制放大级的充能，从而控制输出功率，而本发明中，将脉冲和功率信号同步控制，先开始充能，在充能结束时注入引导光脉冲，引导脉冲会将注入的能量全部带走，确保在开始和结束时每一个脉冲能量一致。
[0044]进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的激光控制方法，这种逐脉冲放大的控制方法，可以解决脉冲落点问题与脉冲能量不一致问题，让每一个脉冲的能量和相对其他信号的时序独立可控，从而可做到脉冲能量一致和脉冲重复落点一致，从而提高所标刻图像的质量，大大提升了目标产品的精细度，特别适用于闻档次闻质量的广品。
[0045]需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种激光控制方法，其特征在于，包括以下步骤: S20，控制脉冲和功率信号进行充能，在充能结束时，注入一引导光脉冲，用于带走充能时注入的能量。
2.根据权利要求1所述激光控制方法，其特征在于，步骤S20中，同步控制脉冲和功率信号进行充能。
3.根据权利要求1所述激光控制方法，其特征在于，步骤S20中，分别独立控制脉冲和功率信号进行充能。
4.根据权利要求1至3任一所述激光控制方法，其特征在于，在有源光纤中执行步骤S20。
5.根据权利要求4所述激光控制方法，其特征在于，根据所述有源光纤的掺杂成分设置所述引导光脉冲的波长。
6.根据权利要求5所述激光控制方法，其特征在于，步骤S20中，在所述充能之前还执行步骤:S21，根据所述有源光纤的长度，设置注入能量。
7.根据权利要求6所述激光控制方法，其特征在于，步骤S20中，根据所述注入能量设置所述引导光脉冲。
8.根据权利要求7所述激光控制方法，其特征在于，步骤S20中，在充能结束之前注入所述引导光脉冲。
9.根据权利要求8所述激光控制方法，其特征在于，步骤S20之前，执行以下步骤:S10，根据激光输出，获取其脉冲和功率信号。
10.根据权利要求9所述激光控制方法，其特征在于，采用现场可编程门阵列进行所述控制。
【文档编号】H01S3/102GK104184035SQ201410480462
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】肖懿洋, 刘猛, 赵崇光, 刘明 申请人:深圳市杰普特电子技术有限公司