激光器声光调制驱动系统、声光驱动器及声光驱动方法与流程

本发明涉及激光，尤其涉及一种激光器声光调制驱动系统、声光驱动器及声光驱动方法。

背景技术：

1、在超快激光精密加工领域，激光重复频率（pulse repetition frequency，prf）是衡量加工效率与加工质量的核心指标之一，而声光调制器（acousto-optic modulator，aom）驱动电路的性能直接决定了高重频自由触发（free trigger，ft）模式激光器可实现的最高工作重频与脉冲输出质量。

2、现有高重频ft激光器的声光调制驱动电路，当重频提升至5mhz以上时，普遍出现调制信号边沿建立不完全、脉冲占空比调制（pulse on duration， pod）信号占空比大幅失控的问题，导致输出波形严重畸变，甚至完全无法实现有效调制，重频存在难以突破的天花板。同时，调制信号在传输过程中受多种因素影响，随重频升高相位抖动急剧增大，脉冲边沿速度与脉宽精度显著劣化，脉冲能量一致性大幅下降，难以满足精密加工对能量稳定性的要求。

3、此外，用于控制调制幅值的信号（即mia调制输入信号）与用于控制关断及调制时序的数字信号（即off关断信号）来自不同功能板卡，二者之间的相位配合关系难以精确控制，在高重频条件下该偏差占周期比例迅速升高，容易导致关断不彻底，存在漏光与输出功率异常的风险，影响系统可靠性。

4、针对上述问题，现有的改进手段主要依赖数模转换器（digital-to-analogconverter，dac）及运算放大器等器件的性能升级，对重频上限的提升幅度有限，且部分方案存在成本高、与现有量产平台兼容性差等问题，难以同时满足更高重频、更优脉冲质量与低改造成本的综合需求。

技术实现思路

1、本发明公开了一种激光器声光调制驱动系统、声光驱动器及声光驱动方法，旨在解决现有技术中存在的技术问题。本发明采用下述技术方案：

2、一方面，本发明实施例提供了一种激光器声光调制驱动系统，包括波形编辑板、电源主控板、声光驱动器和声光调制器；声光驱动器包括数字信号输入接口、模拟信号输入接口和调制波形合成单元；

3、波形编辑板与数字信号输入接口连接，用于输出数字同步信号，数字同步信号用于表征调制波形的时序信息；

4、电源主控板与模拟信号输入接口连接，用于输出模拟幅值信号，模拟幅值信号用于表征调制波形的幅值信息；

5、调制波形合成单元分别与数字信号输入接口和模拟信号输入接口连接，用于根据数字同步信号确定的时序信息和模拟幅值信号确定的幅值信息，本地合成调制波形，并输出射频信号至声光调制器，以实现对激光的调制。

6、作为优选的技术方案，波形编辑板包括可编程逻辑器件，可编程逻辑器件用于生成并输出数字同步信号，数字同步信号为数字方波信号。

7、作为优选的技术方案，模拟幅值信号为直流电平信号，不承载调制波形的时序信息。

8、作为优选的技术方案，当模拟幅值信号处于预设关断电平时，声光驱动器控制关闭射频信号输出，以实现对声光调制器的关断控制；

9、当模拟幅值信号处于预设工作电平时，调制波形合成单元根据数字同步信号进行调制波形合成，以驱动声光调制器进行调制。

10、作为优选的技术方案，数字信号输入接口与波形编辑板之间的信号传输路径，和模拟信号输入接口与电源主控板之间的信号传输路径，按预设的路径长度关系设置，以将数字同步信号与模拟幅值信号之间的相位差控制在预设范围内。

11、作为优选的技术方案，声光驱动器还包括模式切换单元，模式切换单元用于将声光驱动器在本地合成模式与预设的单路模拟输入模式之间进行切换；

12、在单路模拟输入模式下，声光驱动器根据外部输入的模拟调制信号驱动声光调制器，模拟调制信号同时承载时序信息与幅值信息，以兼容传统的单路模拟输入方式。

13、第二方面，本发明实施例提供了一种声光驱动器，包括数字信号输入接口、模拟信号输入接口和调制波形合成单元；

14、数字信号输入接口用于接收外部输入的数字同步信号，数字同步信号用于表征调制波形的时序信息；

15、模拟信号输入接口用于接收外部输入的模拟幅值信号，模拟幅值信号用于表征调制波形的幅值信息；

16、调制波形合成单元分别与数字信号输入接口和模拟信号输入接口连接，用于根据数字同步信号确定的时序信息和模拟幅值信号确定的幅值信息，本地合成调制波形，并输出射频信号，以驱动声光调制器实现对激光的调制。

17、作为优选的技术方案，当模拟幅值信号处于预设关断电平时，声光驱动器控制关闭射频信号的输出，以实现对声光调制器的关断控制；

18、当模拟幅值信号处于预设工作电平时，调制波形合成单元根据数字同步信号进行调制波形合成，以驱动声光调制器进行调制。

19、作为优选的技术方案，数字信号输入接口和模拟信号输入接口具有预设的响应时延匹配关系，以将数字同步信号与模拟幅值信号之间的相位差控制在预设范围内。

20、作为优选的技术方案，还包括模式切换单元，模式切换单元用于将声光驱动器在本地合成模式与预设的单路模拟输入模式之间进行切换；

21、在单路模拟输入模式下，声光驱动器根据外部输入的模拟调制信号驱动声光调制器，模拟调制信号同时承载时序信息与幅值信息，以兼容传统的单路模拟输入方式。

22、第三方面，本发明实施例提供了一种声光调制驱动方法，应用于如上任一项所述的声光驱动器，包括：

23、接收数字同步信号，根据数字同步信号确定调制波形的时序信息；

24、接收模拟幅值信号，根据模拟幅值信号确定调制波形的幅值信息；

25、根据时序信息和幅值信息，本地合成调制波形，并输出射频信号，以驱动声光调制器实现对激光的调制。

26、作为优选的技术方案，还包括：

27、停止接收数字同步信号，或将模拟幅值信号设置为预设关断电平，以关闭射频信号的输出，实现对声光调制器的关断控制。

28、作为优选的技术方案，还包括：

29、响应于模式切换指令，在本地合成模式与预设的单路模拟输入模式之间进行切换；

30、在单路模拟输入模式下，根据外部输入的模拟调制信号驱动声光调制器，模拟调制信号同时承载时序信息与幅值信息，以兼容传统的单路模拟输入方式。

31、上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

32、本发明通过将传统单路模拟输入架构重构为数字同步信号与模拟幅值信号分路输入、由声光驱动器本地合成调制波形的技术方案，实现了以下技术效果：

33、由于数字信号输入接口所接收的数字同步信号仅承载调制波形的时序信息，天然适配高速传输场景，不受模拟电路带宽的固有限制，因此本发明所实现的最高稳定重频较传统单路模拟输入架构实现了量级式的提升，将最高稳定重频从2.5mhz提升至10mhz，突破了传统架构中模拟信号合成与传输所固有的带宽瓶颈，其性能提升幅度远超单纯依靠器件升级所能达到的极限，充分体现了架构层面创新所带来的技术价值。

34、进一步地，由于调制波形合成单元在声光驱动器内部本地完成时序信息与幅值信息的合成，避免了传统架构中调制信号经长距离传输所带来的信号质量劣化问题，本发明在高重频条件下的脉冲边沿陡度、脉宽精度与脉冲能量一致性均得到显著提升，相位抖动大幅降低，从而有效保障了高重频加工场景下的脉冲输出质量与加工稳定性；同时，由于数字信号输入接口所传输的数字同步信号具有较强的抗干扰能力，模拟信号输入接口所传输的模拟幅值信号仅为直流电平、不受带宽限制，两路信号在传输过程中互不耦合、互不干扰，本发明的整体抗干扰能力与传输稳定性也得到相应增强，更能适应复杂的工业现场应用环境。

35、进一步地，通过将模拟幅值信号复用为对声光调制器的关断控制信号，即模拟幅值信号处于预设关断电平时声光驱动器控制关闭射频信号输出，本发明无需额外增设专用的快门控制线路即可实现对光输出的可靠关断，降低了系统结构的复杂程度；并且由于数字同步信号与模拟幅值信号在声光驱动器内部完成时序与幅值的统一合成，二者之间的相位配合关系可控性更高，有效解决了传统架构中因信号来源不同板卡而导致的相位偏差问题，显著提升了关断可靠性，消除了漏光与输出功率异常的风险。

36、此外，本发明通过在声光驱动器中设置模式切换单元，使声光驱动器能够在本地合成模式与兼容传统信号形式的单路模拟输入模式之间进行切换，在实现性能大幅提升的同时，兼顾了对不同代际声光驱动器及低重频应用场景的兼容适配能力，无需对现有硬件平台进行大规模改造即可完成升级，改造成本低、实施周期短，新旧设备可共用同一硬件平台，从而在提升产品高端市场竞争力的同时，也有效降低了生产与维护成本，具有良好的推广应用价值。