专利名称：用于固体激光器的功率反馈控制系统及固体激光器的制作方法
用于固体激光器的功率反馈控制系统及固体激光器技术领城本发明涉及一种固体激光器用功率反馈控制系统，尤其涉及一种基于PWM 控制的功率反馈控制系统以及使用该功率反馈控制系统的固体激光器。J背景技术在固体激光器中为了实现精确的功率控制往往会采用反馈控制环路。现有 技术中普遍采用的功率控制方法主要包括电流检测反馈控制法和输出功率检测 反馈控制法。其中，电流检测反馈控制法通过采用在低端设置接地电阻进行电 流采样，再通过反馈环路实现对输出功率的控制，其结构简单、成本低，然而 却存在一些问题，如电流检测时将产生较大的漂移，精度较低等。输出功率检 测反馈控制法直接检测输出功率，通过反馈环路实现闭环功率控制。输出功率 检测反馈控制法一般采用基于尾镜采样的激光功率反馈系统，由此实现线性功 率调节，并提高激光功率的稳定度。目前的固体激光器往往采用电流或功率单闭环反馈控制方法，其控制效果 差。此外，在多泵浦源系统中，仅能使用一个控制信号来控制多个泵浦源，在 泵浦源老化、自身特性以及环境差异的情况下， 一个控制信号无法使所有泵浦 源的达到最佳工作点，导致激光器各个部分工作的不均衡。
发明内容为了解决现有技术固体激光器采用电流或功率单闭环反馈控制方法，控制 效果差的技术问题，本发明提出了 一种采用双闭环反馈系统的功率反馈控制系 统以及使用该功率反馈控制系统的固体激光器。本发明解决现有技术固体激光器采用电流或功率单闭环反馈控制方法，控 制效果差的技术问题所采用的技术方案是提供一种用于固体激光器的功率反 馈控制系统，固体激光器包括泵浦源；对泵浦源进行放电的电源单元；引燃 泵浦源的引燃电路以及由泵浦源激发的增益介质，其中该功率反馈控制系统包 括用于检测由引燃电路供给泵浦源的维持电流以产生反馈电流信号的电流检 测单元；用于检测固体激光器的输出光功率并产生功率反馈信号的光检测单元；基于功率反馈信号和预设功率值的比较结果产生应供给电流信号的功率PID调节单元；基于反馈电流信号和应供给电流信号与预定电流值的比较结果控制所述电源单元的脉宽调制控制单元。根据本发明一优选实施例，电流检测单元包括霍尔电流传感器。 根据本发明一优选实施例，电源单元包括整流/滤波模块以及IGBT功率驱动模块，所述脉宽调制控制单元控制所述IGBT功率驱动模块对所述泵浦源进行放电。根据本发明一优选实施例，脉宽调制控制单元包括分别将反馈电流信号和 应供给电流信号与预定电流值进行运算的PID调节模块。根据本发明一优选实施例，泵浦源为氪灯，增益介质为YAG晶体。 本发明解决现有技术固体激光器采用电流或功率单闭环反馈控制方法，控 制效果差的技术问题所采用的另一技术方案是提供一种固体激光器，固体激 光器包括增益介质；激发增益介质的多个泵浦源；分别对多个泵浦源进行放 电的多个电源单元；以及分别对多个电源单元进行控制的多个功率反馈控制系 统，其中各功率反馈控制系统分别包括用于检测泵浦源的维持电流以产生反 馈电流信号的电流检测单元；用于检测固体激光器的输出光功率并产生功率反 馈信号的光^r测单元；基于功率反馈信号和预设功率值的比较结果产生应供给 电流信号的功率PID调节单元；基于反馈电流信号和应供给电流信号与预定电 流值的比较结果控制电源单元的脉宽调制控制单元。才艮据本发明一优选实施例，电流检测单元包括霍尔电流传感器。 根据本发明一优选实施例，电源单元包括整流/滤波模块以及IGBT功率驱 动模块，脉宽调制控制单元控制IGBT功率驱动模块对泵浦源进行放电。根据本发明一优选实施例，脉宽调制控制单元包括分别将反馈电流信号和 应供给电流信号与预定电流值进行运算的PID调节模块。才艮据本发明一优选实施例，泵浦源为氪灯，增益介质为YAG晶体。 通过采用上述结构，利用双闭环反馈系统分别实现功率和电流反馈，实时 调节供电单元的输出能量，避免了电网波动、水温变化以及泵浦源老化所引起 的激光不稳。此外，由该双闭环系统所组成的控制网络特别适用于多泵浦源级 联的情况。
图l是采用本发明的功率反馈控制系统的单泵浦源固体激光器的示意框图； 图2是采用本发明的功率反馈控制系统的多泵浦源固体激光器的示意框图。
具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。参见图l，图l是采用本发明的功率反馈控制系统的单泵浦源固体激光器的 示意框图。在图1中，固体激光器包括泵浦源11;对泵浦源ll进行放电的电 源单元12;引燃泵浦源11的引燃电路13、由泵浦源11激发的增益介质l4、以 及功率反馈控制系统。功率反馈控制系统包括用于检测由引燃电路13供给泵浦源11的维持电 流以产生反馈电流信号Ic的电流^r测单元151;用于检测固体激光器的输出光 功率并产生功率反馈信号的光检测单元152;基于功率反馈信号和预设功率值的 比较结果产生应供给电流信号Ie的功率比例-积分-微分(PID)调节单元153; 基于反馈电流信号Ic和应供给电流信号Ie与预定电流值Is的比较结果控制电源 单元12的脉宽调制控制单元154。在本实施例中，固体激光器的泵浦源为氪灯，增益介质为YAG晶体。电流 检测单元151采用霍尔电流传感器。电源单元12包括整流/滤波模块以及lGBT (绝缘栅双极晶体管)功率驱动模块，IGBT功率驱动模块在脉宽调制控制单元 154产生的PWM (脉宽调制)信号的控制下对泵浦源11进行放电。在IGBT功率驱动模块对泵浦源11开始放电之前，首先通过引燃电路13 将泵浦源ll点亮，并维持较小的维持电流。电流检测单元151检测该维持电流 并产生反馈电流信号Ic,反馈电流信号Ic送入脉宽调制控制单元154。脉宽调制控制单元154是功率反馈控制系统的核心。在本实施例中，脉宽 调制控制单元154主要基于UC3854芯片，UC3854芯片是一种具有固定频率的 PWM控制芯片，其可以通过Rt和Ct引脚外接电阻和电容形成RC电路构成振 荡频率，其内集成有能够进行比例-积分-微分(PID)运算的电流比较器。将控 制系统(例如，电脑或单片机)以D/A转换方式输出的预定电流值Is送到电流 比较器的同相端，将反馈电流信号Ic送到电流比较器的反相端，电流比较器输出两者的差值再通过UC3854芯片内部的三极管输出，由此形成了 PWM控制信 号。PWM控制信号通过运算放大芯片放大之后输送到电源单元12的IGBT功 率驱动模块的输出输入端口 ，由此实现对激光电流进行实时反馈的第一反馈回 路，以便对激光电源实现闭环控制。当IGBT功率驱动模块放电时，泵浦源11 发出的强光照射增益晶体14上使其受激发出激光，激光在固体激光器的振荡腔 内振荡并输出。光4企测单元152对激光输出功率进行检测并通过功率PID调节 单元153与预先设定的输出功率值进行比较，输出代表当前时刻应供给的电流 给定量的应供给电流信号Ie。应供给电流信号Ie输入到UC3854中，并通过电 流比较器与控制系统通过D/A转换方式输出的预定电流值Is相比较，从而形成 新的电流差值构成新的PWM信号，并由该新的PWM信号对IGBT功率驱动模 块进行放电控制，由此，实现对激光功率进行实时反馈的第二个反馈回路，以 便及时调整激光能量的输出，保证激光能量的稳定性。图2,图2是采用本发明的功率反馈控制系统的多泵浦源固体激光器的示意 框图。在本图中，固体激光器采用多个(在本实施例中为2个)泵浦源，每个 泵浦源分别对应一个供电单元和功率反馈控制系统。每个功率反馈控制系统与 图1所描述的功率反馈控制系统大致相同。采用双闭环反馈网络，能达到可以 使每个泵浦源到达最佳工作点，并且使激光器各个部分工作的均衡。在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在 不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各 种实施方式。
权利要求
1. 一种用于固体激光器的功率反馈控制系统，所述固体激光器包括泵浦源；对所述泵浦源进行放电的电源单元；引燃所述泵浦源的引燃电路以及由所述泵浦源激发的增益介质，其特征在于所述功率反馈控制系统包括用于检测由所述引燃电路供给所述泵浦源的维持电流以产生反馈电流信号的电流检测单元；用于检测所述固体激光器的输出光功率并产生功率反馈信号的光检测单元；基于所述功率反馈信号和预设功率值的比较结果产生应供给电流信号的功率PID调节单元；基于所述反馈电流信号和所述应供给电流信号与预定电流值的比较结果控制所述电源单元的脉宽调制控制单元。
2. 如权利要求1所述的功率反馈控制系统，其特征在于所述电流检测单 元包括霍尔电流传感器。
3. 如权利要求1所述的功率反馈控制系统，其特征在于所述电源单元包 括整流/滤波模块以及IGBT功率驱动模块，所述脉宽调制控制单元控制所述 IGBT功率驱动模块对所述泵浦源进行放电。
4. 如权利要求1所述的功率反馈控制系统，其特征在于所述脉宽调制控 制单元包括分别将所述反馈电流信号和所述应供给电流信号与所述预定电流值 进行运算的PID调节模块。
5. 如权利要求l所述的功率反馈控制系统，其特征在于所述泵浦源为氪 灯，所述增益介质为YAG晶体。
6. —种固体激光器，所述固体激光器包括增益介质；激发所述增益介质 的多个泵浦源；分别对所述多个泵浦源进行放电的多个电源单元；以及分别对 所述多个电源单元进行控制的多个功率反馈控制系统，其特征在于各所述功 率反馈控制系统分别包括用于检测所述泵浦源的维持电流以产生反馈电流信号的电流检测单元； 用于检测所述固体激光器的输出光功率并产生功率反馈信号的光检测单元；基于所述功率反馈信号和预设功率值的比较结果产生应供给电流信号的功率PID调节单元；基于所述反馈电流信号和所述应供给电流信号与预定电流值的比较结果控 制所述电源单元的脉宽调制控制单元。
7. 如权利要求6所述的固体激光器，其特征在于所述电流检测单元包括 霍尔电流传感器。
8. 如权利要求6所述的固体激光器，其特征在于所述电源单元包括整流/ 滤波模块以及IGBT功率驱动模块，所述脉宽调制控制单元控制所述IGBT功率 驱动模块对所述泵浦源进行放电。
9. 如权利要求6所述的固体激光器，其特征在于所述脉宽调制控制单元 包括分别将所述反馈电流信号和所述应供给电流信号与所述预定电流值进行运 算的PID调节模块。
10. 如权利要求6所述的固体激光器，其特征在于所述泵浦源为氪灯，所 述增益介质为YAG晶体。
全文摘要
本发明涉及一种用于固体激光器的功率反馈控制系统及固体激光器，该功率反馈控制系统包括用于检测由引燃电路供给泵浦源的维持电流以产生反馈电流信号的电流检测单元；用于检测固体激光器的输出光功率并产生功率反馈信号的光检测单元；基于功率反馈信号和预设功率值的比较结果产生应供给电流信号的功率PID调节单元；基于反馈电流信号和应供给电流信号与预定电流值的比较结果控制电源单元的脉宽调制控制单元。通过采用上述结构，利用双闭环反馈系统分别实现功率和电流反馈，实时调节电源单元的输出能量，避免了电网波动、水温变化以及泵浦源老化所引起的激光不稳。此外，由该双闭环系统所组成的控制网络特别适用于多泵浦源级联的情况。
文档编号H01S3/00GK101242069SQ200710073229
公开日2008年8月13日 申请日期2007年2月6日 优先权日2007年2月6日
发明者李志坚, 高云峰, 黄新震 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司