专利名称：一种稳定脉冲激光束随机漂移的方法
技术领域：
本发明属于光束控制领域，涉及一种稳定脉冲激光束随机漂移的方法。
背景技术：
自1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光技术以其单色性好、方向性好、稳定性好、高亮度等优点被广泛应用在生产生活及科学研究的多个领域。但是激光器工作时， 由于诸多因素的影响，会使得输出光束在传播过程中产生漂移，从而影响激光在精密测量和精密加工等方面的应用。脉冲激光器光束漂移来源主要有以下几个方面(1)激光器本身发光机理会导致光束产生漂移；( 装置及大地抖动引起的随机漂移；C3)光束传播路径中的外界传输环境(周围环境的温度、压力、湿度、振动等)的变化引起传输系统状态的不稳定。目前一般运用以下措施减小光束漂移(1)对于激光器系统选用热变形小的材料。( 排热降温法。可采用水冷降温法，或高速吹风机纵向吹气法排走大量的热量。(3) 应用自适应光学及多元回归对光束漂移进行综合修正。在发射系统中加入变形镜，矫正光束波前畸变，补偿大气传输造成的影响。(4)利用激光装置整体温漂闭环反馈控制法和激光方向稳定性专用装置控制漂移。现有技术的缺点是(1)多为硬件上的改进加入新的元件、装置或是改变原有材料；( 多针对连续光，鲜有专门针对脉冲激光的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为克服已有不足，提供一种稳定脉冲激光束随机漂移的方法，为实时在线控制脉冲激光光束的漂移提供了一种快速准确的手段，节省时间和成本。本发明采用的技术方案是一种稳定脉冲激光束随机漂移的方法，已知光源波长、 初始几何参数、入射脉冲的随机漂移范围及一个脉冲段所含脉冲数m(m为正整数)，具体实现步骤如下步骤一确定脉冲窗口数η及脉冲数k，n，k均为正整数，且η彡k彡m-1 ；；步骤二根据如下的漂移量移动平均值公式，以脉冲窗口数为基准进行计算漂移量移动平均值；
1 n-\漂移量移动平均值公式^(幻=-21@-力，1^ = η, n+1, . . . m, η为脉冲窗口数，
nJ=O
k为脉冲数，x(k)是第k个脉冲的漂移量，Xma (k)是第k个脉冲漂移量移动平均值，由于光束漂移可以分为位置漂移和指向漂移，因此由上式可推知具体的两种漂移量移动平均值公式，如下
1 n-\位置漂移量移动平均值^ (幻=-Σ -))，k = η, n+1, ...m(s为入射脉冲光束
nJ=O的位置漂移量，Sma是位置漂移量移动平均值)；
1 n-\指向漂移量移动平均值幻=_Σ外A-))，k = η, η+1, . . .m( θ为其指向漂移
nJ=O
量，θ Μ是指向漂移量移动平均值)；步骤三依据步骤二计算出的位置漂移量移动平均值和指向漂移量移动平均值，利用如下的校正量公式分别对每一个位置漂移量移动平均值和指向漂移量移动平均值，使其归0;漂移量校正公式y(k) = ξ -y(k-l)+n · χ (k)(其中，k为脉冲数，χ (k)是第k个脉冲的漂移量，y(k)是第k个脉冲的校正量，ξ是通过仿真优化得出的一个系数值，n是一与激光器自身特性相关的参数)，由漂移量校正公式可推出位置漂移量和指向漂移量校正公式，如下位置漂移量校正公式1 (k) = ξ · 1 (k-i) + η · s (k), (1是位置漂移校正量)；指向漂移量校正公式r(k) = ξ -r(k-l)+n · θ (k)，(r是指向漂移校正量)；当 k = 1 时，1(0) = 0，r(0) = 0 ；步骤四判断脉冲数k是否等于m-1 (m为一段脉冲的总脉冲数)，若不等于，则依次
重复步骤二和步骤三；若等于，则结束。所述光源根据实际需求选择，从红外到紫外的光波波段均可。本发明的原理由脉冲激光器特性可知，出射激光脉冲和脉冲之间光束漂移都不相同，但也有一定规律可循，激光脉冲序列可以被分为许多段，各段都由一定的脉冲数组成，在段与段之间，脉冲的平均漂移量会发生较大幅度的跳变，而在一段范围内，脉冲激光器位置和指向漂移的评价可以用动态平均值(moving average,ΜΑ)描述，MA数学表达式描述如下
权利要求
1.一种稳定脉冲激光束随机漂移的方法，其特征在实现步骤如下已知光源波长、初始几何参数、入射脉冲的随机漂移范围及一个脉冲段所含脉冲数m， 其中m为正整数；步骤一确定脉冲窗口数η及脉冲数k，η, k均为正整数，且η彡k彡m-1 ； 步骤二 根据如下的漂移量移动平均值公式，以脉冲窗口数为基准计算漂移量移动平均值； 漂移量移动平均值公式^(幻=-11@-·/')，!^ = n, n+1, ...m, η为脉冲窗口数，k为 脉冲数，X(k)是第k个脉冲漂移量，Xma (k)是第k个脉冲漂移量移动平均值；光束漂移分为位置漂移和指向漂移，由上式推出具体的两种漂移量移动平均值公式， 如下 位置漂移量移动平均值^ (幻ζ-ΣΜΑ-·/') 'k = n,n+l,...m,s为入射脉冲光束的位 置漂移量，Sma是位置漂移量移动平均值， 指向漂移量移动平均值^㈨= -1^^))4 = n，n+1，...m，θ为其指向漂移量， θ MA是指向漂移量移动平均值；步骤三依据步骤二计算出的位置漂移量移动平均值和指向漂移量移动平均值，利用如下的校正量公式分别对每一个位置漂移量移动平均值和指向漂移量移动平均值进行校正，使其归0;漂移量校正公式y(k) = ξ 1(1^-1) + 11 ·Χ(10，其中，k为脉冲数，X(k)是第k个脉冲的漂移量，y(k)是第k个脉冲的校正量，ξ是通过仿真优化得出的一个系数值，n是一与激光器自身特性相关的参数；由漂移量校正公式可推出位置漂移量和指向漂移量校正公式，如下位置漂移量校正公式1 (k) = ξ · 1 (k-l) + η -s(k),l是位置漂移校正量； 指向漂移量校正公式r(k) = ξ τ (k-l)+η · θ (k)，r是指向漂移校正量； 当 k = 1 时，1(0) = 0, r(0) = 0 ；步骤四判断脉冲数k是否等于m-1，若不等于，则依次重复步骤二和步骤三；若等于， 则结束。
2.根据权利要求1所述的一种稳定脉冲激光束随机漂移的方法，其特征在于所述光源波长根据实际需求选择，从红外到紫外的光波波段均可。
全文摘要
一种稳定脉冲激光束随机漂移的方法，该方法基于漂移量移动平均值(MA)原理，对脉冲光束进行单脉冲校正，可以及时有效地稳定光束，校正随机漂移。其关键在于提出合适的漂移量校正公式y(k)＝ξ·y(k-1)+η·x(k)(其中，k为脉冲数，x(k)是第k个脉冲的漂移量，y(k)是第k个脉冲的校正量，ξ是通过仿真优化得出的一个系数值，η是一与激光器自身特性相关的参数)，实现对光束漂移的闭环实时校正。本发明为脉冲激光束的稳定提供了一种快速准确的手段；在光束控制、信号探测等领域具有广阔的应用前景。
文档编号H01S3/13GK102368589SQ201110338389
公开日2012年3月7日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者廖志杰, 张丽霞, 张海波, 林妩媚, 王瑞林, 甘大春 申请人:中国科学院光电技术研究所