一种黑磷基中红外波段激光器数据处理系统的制作方法

本发明涉及红外波段激光器，特别是指一种黑磷基中红外波段激光器数据处理系统。

背景技术：

1、传统的中红外波段激光器在功能上虽然能够满足基本的激光发射需求，但在激光脉冲的精确调控和实时监测方面存在一定的局限性。在激光加工、光谱分析等应用场景中，这种局限性可能会影响激光脉冲的稳定性和准确性，从而对实验或加工结果的可靠性和精度造成一定影响。

2、另外，传统的激光器系统在数据处理方面往往不够智能化。用户在操作这些系统时，通常需要手动调节激光参数，而无法根据实时情况做出灵活调整。这种情况不仅可能降低工作效率，还会在一定程度上增加操作的复杂性和出错的可能性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种黑磷基中红外波段激光器数据处理系统，实现了稳定、高效的中红外激光脉冲输出。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种黑磷基中红外波段激光器数据处理系统，包括：

4、激光发射模块，用于产生并输出中红外波段的激光脉冲；

5、光路调控模块，用于调控激光脉冲的传播路径、聚焦状态和偏振特性，以使激光束照射目标区域；

6、信号检测与采集模块，用于捕捉激光脉冲数据和使用摄像头捕捉目标区域的图像数据，并通过数据采集卡实时记录图像数据，激光脉冲数据包括激光脉冲的强度、频率、相位参数数据；

7、数据处理与分析模块，用于对激光脉冲数据和图像数据进行预处理、特征提取、模式识别和性能评估，包括脉冲宽度、重复频率、能量分布、非线性效应分析以及数据识别和对比，以得到数据处理与分析结果；

8、反馈控制模块，用于根据数据处理与分析结果，自动调节激光发射模块的参数，包括泵浦功率、谐振腔长度、温度，摄像头的焦距、曝光参数，并将调节指令发送至激光发射模块和摄像头；

9、人机交互界面，用于用户设置监控激光器状态、查看并分析处理结果，以及导出或打印报告。

10、进一步的，调控激光脉冲的传播路径、聚焦状态和偏振特性，以使激光束照射目标区域，包括：

11、对激光发射模块输出的激光脉冲进行参数测量，并根据目标区域的位置，构建光路布局，包括激光脉冲的传播路径、聚焦点的位置以及偏振方向；

12、确定透镜、反射镜、光栅光学元件，并根据构建的光路将光学元件安装在预定位置；

13、利用反射镜改变激光脉冲的传播方向，并通过调整反射镜的角度和位置，使激光脉冲按照光路传播；

14、通过调整透镜的位置和焦距，使激光脉冲在目标区域形成聚焦状态，包括点聚焦、线聚焦；

15、通过偏振控制器调控激光脉冲的偏振方向，并通过调整偏振控制器的参数，以控制激光脉冲偏振方向；

16、通过调整和设置透镜、反射镜、光栅及偏振控制器光学元件，激光脉冲按照构建的光路传播，以使激光束照射目标区域。

17、进一步的，捕捉激光脉冲数据和使用摄像头捕捉目标区域的图像数据，并通过数据采集卡实时记录图像数据，包括：

18、使用光电探测器对激光发射模块输出的激光脉冲进行实时检测，测量激光脉冲的强度、频率和相位参数；

19、光电探测器将检测到的激光脉冲参数转换为电信号，并传输给数据采集卡；

20、数据采集卡以设定的采样率对光电探测器传输的电信号进行实时采集；

21、使用摄像头对准目标区域，捕捉到的图像数据转换为视频信号，传输至数据采集卡；

22、数据采集卡以设定的帧率对摄像头传输的视频信号进行实时采集，并实时记录图像数据。

23、进一步的，对激光脉冲数据和图像数据进行预处理、特征提取、模式识别和性能评估，包括脉冲宽度、重复频率、能量分布以及数据识别和对比，以得到数据处理与分析结果，包括：

24、对激光脉冲数据通过高斯滤波进行平滑处理，并设定滤波参数，对图像数据进行去噪和增强对比度操作，以得到预处理后的激光脉冲数据和图像数据；

25、根据预处理后的激光脉冲数据，计算脉冲时间差，以得到脉冲宽度，并在给定的时间窗口内统计脉冲数量，以计算重复频率；

26、分析激光脉冲数据中的脉冲波形，计算激光脉冲的总能量，并根据预处理后的图像数据，检测图像中的边缘信息，并提取图像的纹理特征和形状特征；

27、根据脉冲时间差、重复频率，设置决策树模型的参数，并使用包含不同类型激光脉冲和对应标签的训练数据集对决策树模型进行训练，以得到激光脉冲类型的分类器；根据提取的图像特征，设置卷积神经网络模型的参数，包括卷积层数、滤波器大小，并使用包含目标区域和对应标签的训练数据集对卷积神经网络模型进行训练，以得到检测和识别图像中目标的数据识别器；

28、使用训练好的决策树模型对待识别的激光脉冲数据进行分类和识别，输出脉冲类型标签，并计算分类准确率；使用训练好的卷积神经网络模型对待识别的图像进行目标检测和识别，输出目标位置和类型标签，并计算识别准确率、召回率指标；

29、根据激光脉冲数据特征的分类和图像数据目标检测与识别，整理并输出激光脉冲数据和图像数据的处理与分析结果。

30、进一步的，脉冲时间差的计算公式为：；

31、其中，表示脉冲时间差；表示平均窗口大小；、分别表示第个和第个脉冲的时间戳；表示时间戳的固定偏移量；、分别表示第分别表示第个和第个脉冲的时间戳抖动项；表示非线性效应的参数；表示脉冲序列的索引。

32、进一步的，重复频率的计算公式为：；

33、其中，表示重复频率；表示测量的脉冲对数量；表示第个脉冲对的权重；表示第个和第个脉冲之间的时间差；表示一个修正项；表示索引变量。

34、进一步的，激光脉冲的总能量计算公式为：；

35、其中，表示激光脉冲的总能量；、表示积分的时间范围；表示脉冲的峰值功率；表示常数圆周率；表示洛伦兹分布的半宽参数；表示时间变量；表示脉冲的中心时间；表示比例常数；表示激光器参数；表示参考激光器参数值；表示噪声和背景光的功率常数；表示非线性效应修正系数；表示色散修正系数。

36、进一步的，识别准确率的计算公式为：；

37、其中，表示识别准确率；表示测试数据集中的总样本数量；表示第个样本，模型在整个测试数据集中正确识别和检测的目标数量；表示第个样本，模型在整个测试数据集中漏检的目标数量；表示第个样本，模型在整个测试数据集中误检的目标数量。

38、进一步的，召回率的计算公式为：；

39、其中，表示召回率；表示第个样本的权重；表示对第个样本，模型正确预测为负类的数量；表示调节系数。

40、进一步的，根据数据处理与分析结果，自动调节激光发射模块的参数，包括泵浦功率、谐振腔长度、温度，摄像头的焦距、曝光参数，并将调节指令发送至激光发射模块和摄像头，包括：

41、数据处理与分析模块对激光脉冲数据和图像数据进行处理和分析，输出关键参数，包括脉冲宽度、重复频率、能量分布激光特性参数，以及图像清晰度、对比度图像质量参数；

42、反馈控制模块实时接收数据处理与分析模块输出的参数，并根据接收到的参数，反馈控制模块制定对应的参数调节方案，包括增加泵浦功率、缩短谐振腔长度或降低温度，若图像清晰度不足，调整摄像头的焦距或曝光参数；

43、根据调节方案，反馈控制模块生成对应的调节指令，并将调节指令发送至激光发射模块和摄像头。

44、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

45、激光发射模块能够产生并输出中红外波段的激光脉冲，具有极短的脉冲宽度和高的重复频率，为高精度测量和加工提供了强大的光源基础。光路调控模块能够精确调控激光脉冲的传播路径、聚焦状态和偏振特性，确保激光束能够准确地照射到目标区域，提高了系统的灵活性和适用性。信号检测与采集模块不仅能够捕捉激光脉冲的强度、频率、相位等关键参数数据，还能通过摄像头捕捉目标区域的图像数据，实现了对激光脉冲和加工过程的全面监控。

46、数据处理与分析模块能够对激光脉冲数据和图像数据进行预处理、特征提取、模式识别和性能评估，提供了丰富的数据分析手段，有助于用户深入了解激光脉冲的特性和加工效果。反馈控制模块能够根据数据处理与分析结果，自动调节激光发射模块和摄像头的参数，实现了系统的智能化和自动化，提高了加工效率和精度。人机交互界面提供了丰富的功能选项和直观的操作界面，方便用户设置监控激光器状态、查看并分析处理结果，以及导出或打印报告，提高了系统的易用性和可维护性。