[发明专利]中波红外激光功率稳定系统

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体地说是一种根据信号反馈机制，对输出的中波红外激光功率实现稳定控制的光电系统，主要用于实现对中红外激光器功率的高精度稳定。

技术背景

中波红外激光技术在科研、工业、军事、医疗等众多领域具有广泛的应用，中波红外激光功率的稳定性是这些应用中的一个关键因素。在实际使用中，中波红外激光器受到微小的电流和和温度变化的影响时，将导致中波红外激光器输出功率的波动，也就是中波红外激光器输出功率的不稳定。因此，中波红外激光器作为这些领域中的重要光源，维持它的功率稳定性尤其重要。要保证它的稳定性，需要研制一套可以实时调控中波红外激光器的控制系统。

目前，在国内随着中波红外激光器的广泛应用，一些科研单位相继开发出功率稳定系统，但效果并不理想。其中，浙江大学于2011年设计出一种激光腔外功率稳定装置和锁定方法。但是上述装置存在以下几个不足之处：未能对环境温度进行有效控制，使测量不够精确，暗电流、噪声等受环境影响较大；探测范围太广，不具有针对性；电信号处理过程繁琐，电流噪声太大；当激光在空间中传输时，常常会因为光学元件上的瑕疵或空气中的灰尘而散射，光路细节处理不够严谨，未能对散射进行有效处理。这些不足都严重影响了中波红外激光器功率稳定系统的精度和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提出一种中波红外激光功率稳定系统和实现方法，以在2500nm-5000nm的光谱范围内实现对中波红外激光输出功率的稳定，提高系统的稳定性与精确性。

为实现上述目的，本发明的技术思路是：采用OPO激光器作为功率待稳定的中波红外激光光源，由半导体激光器作为校准光源校准中波红外激光器的光路系统，光电探测器实现光电转换，微电流放大器放大电信号，通过FPGA电路控制A/D模拟数字转换器对模拟电流信号进行数据转换和采集，单片机模块处理数据，并将处理结果发送到FPGA电路，FPGA电路形成反馈信号输出到声光调制器驱动以控制声光调制器稳定中波红外激光的光功率。其技术方案描述如下：

一.本发明的中波红外激光功率稳定系统，包括：

中波红外激光光源系统，用于产生中波红外激光，并传输到声光调制器；

声光调制器，用于调节控制中波红外激光的光功率，并传输到中波红外薄膜分束器；

中波红外薄膜分束器，用于将中波红外激光分为两路，且第一路传输到激光光功率检测器，第二路传输到光电前放模块；

光电前放模块，用于实现光电转换及放大电信号，并输出到反馈控制模块；

反馈控制模块，用于实现电信号的运算处理，处理后的电信号输出到声光调制器驱动；

其特征还包括：

空间滤波器，用于稳定波前，有效消除系统杂散光；

红外环境控制室，用于固定声光调制器、空间滤波器、中波红外薄膜分束器和光学斩波器，以实时调解控制中波红外激光传输环境，实现中波红外激光的稳定传输；

光学斩波器，用于斩波中波红外激光，使中波红外激光具有特定频率，并将此频率值输出到光电前放模块，以去除系统的噪声信号，锁定中波红外电信号；

所述的反馈控制模块，分别与声光调制器驱动和光电前放模块相连，以输出调节参数，实现对声光调制器驱动的实时调节。

二.利用上述系统进行中波红外激光功率稳定的方法，包括如下步骤：

（1）将中波红外探测器安放在杜瓦瓶温控室中，固定好位置，同时密闭杜瓦瓶温控室，将其内部填充满液氮，调节杜瓦瓶温控室温控仪，设置成探测所需要的温度，然后，开启中波红外探测器；

（2）开启OPO激光器，输出功率待稳定的中波红外激光，待激光器稳定工作后，开启校准激光器，输出可见激光；

（3）调节系统光路，使功率待稳定的中波红外激光与可见激光的光线重合，再关闭校准激光器；

（4）设定光学斩波器的斩波频率，并调整光学斩波器的位置，使功率待稳定的中波红外激光通过该光学斩波器后，把功率待稳定的中波红外激光的频率调制成斩波频率；

（5）功率待稳定的中波红外激光垂直照射在中波红外探测器表面进行光电转换，以输出模拟电流信号给微电流放大器，其将光电转换后的模拟电流信号进行放大，然后通过锁相放大器输出给A/D模拟数字转换器；

（6）FPGA电路控制A/D模拟数字转换器对模拟信号采样，单片机模块对采样后的数据进行处理，将处理结果返回FPGA电路，FPGA电路发送反馈信号控制声光调制器驱动调节声光调制器，稳定中波红外激光的光功率。