[发明专利]一种基于时域传递函数的激光波形控制方法

说明书

本发明公开一种基于时域传递函数的激光波形控制方法，其通过将目标波形分为线性区和饱和区两个部分，将线性区结合输入‑输出关系获得相应的驱动波形；将饱和区结合时域传递函数获得相应的驱动波形，最后将线性区的驱动波形与饱和区的驱动波形组合得到最终的激励波形。本发明可矫正在对光纤激光器进行波束形状调制时引起的波束形状畸变。

技术领域

本发明涉及激光波形调制领域，具体涉及一种基于时域传递函数的激光波形控制方法。

背景技术

目前，激光波形的调制和控制主要有外调制和内调制两种方法，外调制是在激光光路上添加衰减器，通过编程控制衰减器的衰减率来控制最终输出激光波形。由于外调制在光路上引入衰减器，会降低能量效率，因而外调制一般多用于小功率激光器的数字调制。而内调制是通过控制激光器的驱动强度来控制激光输出波形，该调制方法不仅可以提高电光效率，还可以实现对激光输出波形的灵活控制。

但是，由于光纤激光器的输入-输出关系不单一，存在线性区和饱和区，直接使用与目标波形一致的驱动波形会导致严重的波形失真。

目前主要的内调制方法主要是基于小信号模型的激光光束调制，该方法给激光器加一个恒定的直流分量，使其输入-输出稳定在线性区，在线性区对激光输出波形进行调制。该方法可在一定程度上实现对激光输出波形进行调制，但是灵活性不够。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时域传递函数的激光波形控制方法，提高波形调制的灵活性，并矫正在对光纤激光器进行波束形状调制时引起的波束形状畸变。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于时域传递函数的激光波形控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、使用阶跃信号作为脉冲光纤激光器的激励，并获取激光器的输出波形，根据该输出波形得到激光器输出波形的线性区和饱和区划分；

步骤2、将激光器的输出波形中的饱和区进行拟合，得到时域传递函数；

步骤3、从1％-99％逐步调节激光器的输入激励信号，并测量对应的输出功率，进行归一化处理后得到输入输出关系表；其中，激励信号为电流强度信号，输出功率为激光输出波形的峰值功率；

步骤4、计算目标波形的激励波形

步骤4.1根据步骤1中得到线性区和饱和区的划分，将目标波形划分为线性区波形和饱和区波形；将线性区波形对应到输入输出关系表中，得到线性区的激励波形；

步骤4.2、将饱和区的输出波形减去直流分量后除以时域传递函数，得到的结果再加上直流分量，得到饱和区的激励波形；

步骤4.3将线性区的激励波形与饱和区的激励波形组合得到目标波形的激励波形。

所述步骤2中，使用最小二乘法对激光器的输出波形进行拟合，传递函数的形式设为自然指数函数。

本发明根据时域传递函数，实现激光波束形状的补偿，提高了激光器波形调制的灵活性，并矫正了在对光纤激光器进行波束形状调制时引起的波束形状畸变。本发明通过将目标波形分为线性区和饱和区两个部分，将线性区结合输入-输出关系获得相应的驱动波形；将饱和区结合时域传递函数获得相应的驱动波形，最后将线性区的驱动波形与饱和区的驱动波形组合得到最终的激励波形。

附图说明

图1为本发明方波激励信号图；

图2为本发明方波激励下的激光输出波束图；

图3为本发明方波激励下的激光输出形状的外轮廓图；

图4为本发明方波激励下的饱和区波形；

图5为本发明输入输出关系曲线；