一种温度自适应电光调Q系统的制作方法

本实用新型涉及脉冲激光技术领域，特别是一种温度自适应电光调Q系统。

背景技术：

通过对电光晶体两端进行高速升压（或降压）来实现激光器谐振腔的Q值突变，从而压缩激光以发射极窄脉宽的巨脉冲，可获得尽可能高的峰值功率。

如果把采用了电光调Q的脉冲激光器置于户外，其所处环境的一个重要因素是温度，即该脉冲激光器将面临低温、常温、高温的考验。对于某些电光晶体材料（如LiNbO3或KDP），其所需的四分之一波长电压会随晶体所处环境温度的升高而增大，所以欲使电光调Q脉冲激光器的输出能量/效率不因环境温度的变化而降低，就必须考虑四分之一波长电压与晶体环境温度的匹配。

传统的解决方法是人工手动调节机械式电位计/变阻器，从而直接或间接调整所需的四分之一波长电压。这种手段存在三个方面的缺陷：其一，不能实现脉冲激光器的无人值守，造成运行自动化程度大为降低；其二，由于无法在脉冲激光器运行过程中一次性获知某个温度条件下所需的四分之一波长电压对应的机械式电位计/变阻器位置，所以需要边手动调节机械式电位计/变阻器，边测量脉冲激光器输出能量的方法来确定这个最佳位置；其三，即使是某一厂家生产的同型号电光晶体，因存在物理特性差异，即在相同温度条件下所要求的四分之一波长电压会有所不同，导致无法依靠调节机械式电位计/变阻器的经验位置来实现环境温度与四分之一波长电压的良好个体化匹配。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种温度自适应电光调Q系统，实现电光晶体所需的四分之一波长电压与环境温度的良好匹配，具有自动化水平高、响应快速、成本可控、可靠性高等特点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种温度自适应电光调Q系统，包括直流稳压电源N1和高速脉冲形成网络N2，直流稳压电源N1的输出端连接高速脉冲形成网络N2的输入端，高速脉冲形成网络N2的输出端连接电光晶体X两端，还包括采集电光晶体X附近环境温度的温度传感器ST，所述的直流稳压电源N1还连接有数字变阻器/数字电位器D1和数字可编程器件D3，所述的温度传感器ST连接数字可编程器件D3，所述的数字可编程器件D3通过工业现场总线/设备间总线F1连接上位计算机UC，所述的上位计算机UC操纵数字可编程器件D3对数字变阻器/数字电位器D1的输出电阻值进行设置。

所述的一种温度自适应电光调Q系统，其数字变阻器/数字电位器D1与数字可编程器件D3通过芯片（元件）级总线进行数字通讯。

进一步，所述的数字变阻器/数字电位器D1与数字可编程器件D3之间连接有总线隔离器D2，所述的数字变阻器/数字电位器D1采用芯片（元件）级总线B1与总线隔离器D2连接，所述的总线隔离器D2通过芯片（元件）级总线B2与数字可编程器件D3连接。

所述的一种温度自适应电光调Q系统，其温度传感器ST通过芯片（元件）级总线/直连导线B3与数字可编程器件D3进行数字通讯或直接传送模拟信号。

本实用新型的有益效果是：

1、实现了不同电光晶体四分之一波长电压与环境温度的快速自动匹配，从而提高了脉冲激光器运行的智能化水平。

2、既可以运用于脉冲激光器使其作为电光调Q装置，又可以测试出各类乃至个体电光晶体的四分之一波长电压随温度的变化关系。

3、数字可编程器件带来功能上的可扩展性和运行的可靠性，而又不会导致成本的明显增加。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型一具体实施例的电路图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下：

如图1所示，本实用新型公开了一种温度自适应电光调Q系统，包括其输出端连接至电光晶体X两端的高速脉冲形成网络N2，其输出端连接至高速脉冲形成网络N2输入端的直流稳压电源N1，以及采集电光晶体X附近的环境温度的温度传感器ST，所述的直流稳压电源N1还依次连接有数字变阻器或数字电位器（计）D1和数字可编程器件D3，所述的温度传感器ST连接数字可编程器件D3，所述的数字可编程器件D3通过工业现场总线/设备间总线F1连接上位计算机UC，所述的上位计算机UC操纵数字可编程器件D3对数字变阻器/数字电位器D1的输出电阻值进行设置。上位计算机UC通过工业现场总线或设备间总线F1与数字可编程器件D3进行数字通讯，这样上位计算机UC能够通过工业现场总线/设备间总线F1获得温度传感器ST所测量的温度值。温度传感器ST与电光晶体X处于同一空间且相距较近，从而能够较为准确地测量电光晶体X的环境温度。

进一步，所述的数字变阻器/数字电位器D1与数字可编程器件D3通过芯片（元件）级总线进行数字通讯，所述的数字变阻器/数字电位器D1与数字可编程器件D3之间连接有总线隔离器D2，所述的数字变阻器/数字电位器D1采用芯片（元件）级总线B1与总线隔离器D2连接，所述的总线隔离器D2通过芯片（元件）级总线B2与数字可编程器件D3连接。总线隔离器D2能够对芯片（元件）级总线B1和B2各自的参考地进行电气隔离，这样数字可编程器件D3能够安全地通过芯片（元件）级总线B1和B2向数字变阻器/数字电位器D1进行数据写入，从而改变数字变阻器/数字电位器D1的输出电阻值。

更进一步，所述的温度传感器ST通过芯片（元件）级总线或直连导线B3与数字可编程器件D3进行数字通讯或直接传送模拟信号。这样数字可编程器件D3能够通过芯片（元件）级总线/直连导线B3获取温度传感器ST所测量的温度值。

运用本实用新型，通过上位计算机UC对数字可编程器件D3进行操纵，以设置数字变阻器/数字电位器D1的输出电阻值，从而改变直流稳压电源N1的输出电压，由此试探出一定环境温度下的电光晶体X四分之一波长电压和脉冲激光器输出最高能量，并记录此时直流稳压电源N1的输出电压；再将上述环境温度与直流稳压电源N1的输出电压的对应关系烧录下载至数字可编程器件D3，数字可编程器件D3在运行时通过温度传感器ST对电光晶体X所处的环境进行温度采集，并根据已得到的环境温度与直流稳压电源N1输出电压之对应关系对数字变阻器/数字电位器D1的输出电阻值进行自动设置，从而调整直流稳压电源N1的输出电压，最终达到环境温度与电光晶体X所需的四分之一波长电压相匹配的目的。

如图2所示，作为本实用新型的一个具体实施例，它由数字电位器AD5259BRMZ10作为D1，I2C总线隔离器ADuM1251ARZ作为D2，微控制器C8051F330作为数字可编程器件D3，Boost电路作为直流稳压电源N1，陶瓷电容组、射频场效应管和脉冲变压器组成高速脉冲形成网络N2，数字温度传感器ADT7320UCPZ-R2作为温度传感器ST，KDP作为电光晶体X以及上位计算机UC等组成。

所述的数字可编程器件D3经I2C总线隔离器D2与数字电位器D1进行通讯，以设置数字电位器D1的输出电阻；所述的数字电位器D1接入Boost直流稳压电源N1电压反馈电路中，从而可由数字电位器D1的输出电阻设定N1的输出电压；所述的温度传感器ST对电光晶体X所处的环境温度进行采集，其温度值数据通过SPI总线传输至数字可编程器件D3；所述的电光晶体X通过导线直连至高速脉冲形成网络的输出端；所述的上位计算机UC通过RS422总线与数字可编程器件D3进行通讯。

详细的技术方案和原理是：

温度传感器ST采集电光晶体X附近的环境温度，通过芯片（元件）级总线/直连导线B3将该温度数据传送给数字可编程器件D3；数字可编程器件D3通过芯片（元件）级总线B1、芯片（元件）级总线B2以及它们之间的总线隔离器D2设置数字变阻器/数字电位器D1的输出电阻，从而改变直流稳压电源N1的输出电压，该电压经过高速脉冲形成网络N2输出高速上升电压或下降电压，且此上升电压值或下降电压值与电光晶体X在不同环境温度下的四分之一波长电压相匹配。上位计算机UC通过工业现场总线/设备间总线F1既能将设置数字变阻器/数字电位器D1输出电阻的指令发送给数字可编程器件D3，又能获得温度传感器ST采集到的电光晶体X的环境温度，而数字变阻器/数字电位器D1输出电阻的改变又能直接或间接改变电光晶体X两端的脉冲电压值，再通过测量脉冲激光器的输出能量，可以确定数字变阻器/数字电位器D1最佳输出电阻值，由此在脉冲激光器交付前完全可以测定不同环境温度条件下与不同材料、不同大小的电光晶体X所需四分之一波长电压的对应关系，然后依据此对应关系，运用编程语言将其转化为代码下载至数字可编程器件D3，这样在脉冲激光器交付后可使电光晶体X的四分之一波长电压与其环境温度自动匹配，达到温度自适应的基本目标。

通过改变数字变阻器/数字电位器D1的输出电阻值能够改变直流稳压电源N1的输出电压值。就某一具体电路而言，只要直流稳压电源N1的输出电压值固定，就能在高速脉冲形成网络N2的输出端获得确定的上升沿脉冲或下降沿脉冲。对于升压电光调Q方式，高速脉冲形成网络N2输出的脉冲峰值电压能够匹配不同环境温度条件下电光晶体X所需的四分之一波长电压，即直流稳压电源N1的输出电压与所需的四分之一波长电压间接匹配。对于降压电光调Q方式，直流稳压电源N1输出的电压能够匹配不同环境温度条件下电光晶体X所需的四分之一波长电压，即直流稳压电源N1的输出电压与所需的四分之一波长电压直接匹配。

在脉冲激光器交付前，先通过上位计算机UC和RS422总线找出KDP晶体X所需的四分之一波长电压与晶体所处环境温度之间的关系，即由上位计算机UC发出设置数字电位器D1输出电阻的指令，此指令被微控制器D3接收并执行，从而可使Boost电源N1的输出电压发生改变；同时温度传感器ST采集的温度经SPI总线和微控制器D3上传至上位计算机UC，这样某个环境温度下脉冲激光器的最高输出能量可通过设置D1的输出电阻值试探出来。

按照此方法确定了脉冲激光器的整个工作温度范围内（或工作点）D1输出电阻值（或N1输出电压值）与温度之间的对应关系后，可通过数字可编程器件D3可接受的编程语言转换成代码，然后下载至D3的程序存储器中。在交付使用后，脉冲激光器即可按此最佳对应关系自动运行本电光调Q系统，达到温度自适应的目的。

本实用新型权利要求保护范围不限于上述实施例。