专利名称：金属密封射频二氧化碳激光器光模式优化控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器的控制系统，具体涉及一种金属密封射频二氧化碳激光器光模式优化控制系统。
背景技术：
金属二氧化碳射频激光器现在已经广泛的运用激光标刻，切割，焊接等领域。激光模式是体现激光器质量的一个重要指标，激光模式的好坏将直接影响激光器标刻，切割，焊接的效果。好的激光器必须是单模的(TEMOO)。激光模式有横模和纵模之分，我们这里只要讨论的横模。 金属二氧化碳射频激光器的激光模式，其中的横模主要受谐振腔两端的全反镜和半反镜的影响。这两块镜片表面的平整度，两块镜片的平行度以及镜片和谐振腔光轴的垂直度都直接影响激光模式的好坏。现有激光器的生产，在生产工艺上可以保证全反镜和半反镜镜面的平整度。在激光器的安装过程中，通过专门的调光和对光手段，保证两块镜片的平行度以及镜片和光轴的垂直度。安装好之出厂以后，在使用过程中就不能再进行调节。激光器在使用过程中，会产生很高的温度。因为热胀冷缩的原因，温度的变化会导致激光器谐振腔一些结构发生变化，这些变化包括激光器谐振腔内部结构发生轻微变化。这些变化会导致谐振腔的光轴发生变化，激光器谐振腔外壳会发生轻微变化。因为镜片是通过机械方式固定在谐振腔外壳上的，谐振腔外壳的变化会改变镜片的位置以及角度。这些变化虽然很微小，但是激光器谐振腔对垂直度和平行度要求非常高。关键部分结构0. Olmm尺寸的变化，都会影响激光模式的变化。对于金属二氧化碳激光器，谐振腔采用的材质是铝型材，根据计算，对于50摄氏度的温度变化，因为热胀冷缩，足以产生影响激光模式变化的尺寸变化。传统的生产方式，虽然在常温的方式下可保证的很好的激光模式，但是激光器出厂后，在运输和使用过程中，因为谐振腔机械尺寸的变化而导致激光模式变化。传统的生产方式无法动态调整。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够对激光器模式进行实时和动态控制，进而保证激光器的激光模式在工作过程中不会因为温度的变化而变差的金属密封射频二氧化碳激光器光模式优化控制系统。为实现上述发明目的，本发明所采用技术方案如下—种金属密封射频二氧化碳激光器光模式优化控制系统，包括一控制板、以及与所控制板连接的激光器管芯，在所述激光器管芯两端安装有镜片；还包括一分光镜、嵌入式激光模式检测模块、以及步进电机；所述嵌入式激光模式检测模块通过设置于激光器发射端的所述分光镜实时监测激光模式，并传递给所述控制板；所述控制板根据检测到的所述激光模式信息计算出PWM控制量，并控制步进电机的动作以调节所述镜片以保证激光模式的最优。本发明通过嵌入式激光模式检测模块对激光器模式进行实时检测，并通过控制板进行动态控制，以保证激光器的激光模式在工作过程中不会因为温度的变化而变差。本发明根据实时检测到的数字化激光模式曲线，根据各种判据，进行最优化计算，实时、动态地调节激光器谐振腔两端的镜片，以保证激光模式的最优。本发明通过检测出的激光模式，利用本发明的算法和嵌入式光模式控制器，我们可以实时的、动态地调节激光器的模式，以适应激光器温度变化对激光模式带来的影响，从而使激光模式始终处于单模状态。
此
所提供的图片用来辅助对本发明的进一步理解，构成本申请的一部 分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中图I为激光模式的能量密度三维高斯分布图；图2为激光模式的能量密度一维高斯分布图；图3为数字化激光模式曲线；图4为本发明的系统框图。图示I、控制板2、激光器管芯3、镜片4、分光镜5、嵌入式激光模式检测模块 6、步进电机
具体实施例方式下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本发明，在本发明的示意性实施及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例I :如图4所示，本发明公开了一种金属密封射频二氧化碳激光器光模式优化控制系统，包括一控制板I、以及与所控制板连接的激光器管芯2，在所述激光器管芯2两端安装有镜片3 ;它还包括一分光镜4、嵌入式激光模式检测模块5、以及步进电机6,嵌入式激光模式检测模块5通过设置于激光器发射端的分光镜4实时监测激光模式，并传递给控制板1，控制板I根据检测到的所述激光模式信息计算出PWM控制量，并控制步进电机6的动作以调节所述镜片3以保证激光模式的最优。激光模式对于理想的单模激光，在光横截面上的激光的能量密度分布为高斯分布，如图I所示。在激光光束的中心，激光的能量密度是最高的，然后向四周功率密度逐步降低。在X轴和Y轴的剖面上，激光的能量分布满足一维的高斯分布，如图2所示。根据以上理想的单模激光的能量分布图，我们只需检测出过原点的X轴和Y轴方向上的能量分布图是否满足以上分布规律，如果有偏差就利用相应的算法进行调节。这就是模式优化控制算法基本思想。数字化激光模式曲线要想计算机能进行优化控制，首先必须对激光模式曲线进行数字化处理。如图3所示，就是数字化后的激光模式曲线图，图中虚线是实际的激光模式图，实线部分是经过计算机离散化后的数字化激光模式曲线图。激光器控制板的中央处理器就是通过两套(X轴和Y轴)这样的曲线图完成激光模式的控制算法。有关数字化激光模式曲线图的形成方式和过程可参考我公司其他专利文档。上图在中央处理器的存储和处理形式就是两个数组，分别对应X轴方向和Y轴方向Px[] = {PxO, Pxl, Px2, Px3, Px4,........Pxmax}；Py[] = {PyO, Pyl, Py2, Py3, Py4,.........Pymax}；数组的大小和嵌入式激光模式测试模块的分辨率有关。激光模式判据我们根据以下三个算法来判断激光模式的好坏，同时计算出镜片的调节幅度功率密度最大值和最大值的位置理想状态下，单模激光的最大功率位置应该在原点(0，0)。如果最大功率位置偏离了原点(0，0)，则说明了激光模式出现的偏差。最大值位置离原点(0，0)越大，表明激光模式变化越大。具体算法的实现对于数字化激光模式曲线图，即数组Px[]和Py□，其原点位置
应该是
权利要求
1.一种金属密封射频二氧化碳激光器光模式优化控制系统，包括一控制板、以及与所控制板连接的激光器管芯，在所述激光器管芯两端安装有镜片，其特征在于 还包括一分光镜、嵌入式激光模式检测模块、以及步进电机； 所述嵌入式激光模式检测模块通过设置于激光器发射端的所述分光镜实时监测激光模式，并传递给所述控制板； 所述控制板根据检测到的所述激光模式信息计算出PWM控制量，并控制步进电机的动作以调节所述镜片以保证激光模式的最优。
全文摘要
本发明涉及一种激光器的控制系统，具体公开了一种金属密封射频二氧化碳激光器光模式优化控制系统。本发明通过嵌入式激光模式检测模块对激光器模式进行实时检测，并通过控制板进行动态控制，以保证激光器的激光模式在工作过程中不会因为温度的变化而变差。本发明根据实时检测到的数字化激光模式曲线，根据各种判据，进行最优化计算，实时、动态地调节激光器谐振腔两端的镜片，以保证激光模式的最优。
文档编号H01S3/102GK102761054SQ20111019018
公开日2012年10月31日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者王红青, 邱收 申请人:武汉晶石光电技术有限公司