基于飞秒脉冲器的脉宽可调控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及飞秒脉冲器技术领域，尤其涉及基于飞秒脉冲器的脉宽可调控制系统。


背景技术：

2.激光器从运行上分为连续激光器和脉冲激光器，脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒，每间隔一定时间才工作一次的激光器，它具有较大输出功率；其中，飞秒脉冲激光器是脉冲激光器中的一种，而飞秒指的是脉冲持续时间，并不是脉冲的频率。
3.飞秒激光器对时间的分辨率远远高于影视器材，经计算，飞秒激光器已经获得了人类在实验室中所能获得的世界上最短的脉冲。通过它，我们可以看到更快速、更微妙的运动，例如绿色植物的光合作用过程、细胞的分裂过程、电子围绕原子运动的过程等等。
4.而现在声光驱动器在激光器中使用的频率越来越高，但在飞秒激光器中，会有到达接收机的直射信号和其他多径信号由于空间传输的时间差异而带来的彼此干扰问题，并且会出现空间色散的问题，为此需要一种抗干扰强的声光调制系统。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种保证信号的稳定输出、提高信号传输过程中的抗干扰效果的基于飞秒脉冲器的脉宽可调控制系统。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于飞秒脉冲器的脉宽可调控制系统，包括依次连接的上位机、声光调制板aom以及声光驱动器，声光调制板aom内的rs485通讯单元连接上位机，上位机将功率百分比传输至声光调制板aom，声光调制板aom输出模拟信号电压值以及脉冲数字信号控制声光驱动器。
7.进一步的，所述声光调制板aom的输入端独立连接用于采集光信号的同步输入单元，同步输入单元的输入端与激光器连接，激光器用于输出泵浦光信号，同步输入单元将泵浦光信号转换为电信号。
8.进一步的，所述声光调制板aom内置有比较模块，同步输入单元输出端与比较模块相连，比较模块内置设定阈值。
9.进一步的，所述声光调制板aom的输入端独立连接差分输入单元，所述差分输入单元的输入端输入外部电平信号。
10.进一步的，所述声光调制板aom内置有cpld，差分输入单元和比较模块的输出端连接cpld，同步输入单元转换得到的电信号经过比较模块比对后传输至cpld内进行处理，外部电平信号经过差分输入单元比较放大后传输至cpld内进行处理；电信号经过cpld处理得到脉冲数字信号。
11.进一步的，所述声光调节板aom通过do输出单元输出模拟信号电压值，模拟信号电压值传输至声光驱动器内的声光晶体处，用于控制声光晶体的偏转。
12.进一步的，所述声光调节板aom通过驱动脉冲输出单元输出脉冲数字信号，脉冲数
字信号传输至声光驱动器内的声光晶体处，用于控制声光晶体的开关。
13.进一步的，所述声光调节板aom内还装设有dac模块，所述dac模块与do输出单元相连，do输出单元输出的模拟信号电压值通过dac模块进行控制。
14.进一步的，所述声光调制板aom内置有状态存储单元，用于记录声光调制板aom内各个单元运行状态参数。
15.进一步的，所述声光调制板aom内还装设有i2c通讯单元，用于连接声光调制板aom内的各个单元，使声光调制板aom内的各个单元相互进行通讯以及数据传输。
16.本实用新型通过rs485通讯单元的设置，保证上位机与声光调制板aom之间的高速数据传输，并且由于rs485通讯单元的抗干扰能力较强，使得上位机在与声光调制板aom连接传输数据时，可以通过rs485通讯单元增加传输数据过程中的稳定性和抗干扰性，使得上位机的相关数据可以有效的传输至声光调制板aom处，保证整个脉宽可调控制系统使用的稳定性。
附图说明
17.图1是本实用新型的结构示意图。
18.附图标记：1、上位机；2、声光调制板aom；3、激光器；4、外部电平信号；5、声光驱动器；6、同步输入单元；7、差分输入单元；8、do输出单元；9、驱动脉冲输出单元；10、rs485通讯单元；11、i2c通讯单元；12、状态存储单元；13、比较模块。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
21.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
22.如图1所述，本实用新型提供了一种基于飞秒脉冲器的脉宽可调控制系统，包括依次连接的上位机1、声光调制板aom2以及声光驱动器5，声光调制板aom2内的rs485通讯单元10连接上位机1，上位机1将功率百分比传输至声光调制板aom2，声光调制板aom2输出模拟信号电压值以及脉冲数字信号控制声光驱动器5。
23.通过rs485通讯单元的设置，保证上位机与声光调制板aom之间的高速数据传输，并且由于rs485通讯单元的抗干扰能力较强，使得上位机在与声光调制板aom连接传输数据时，可以通过rs485通讯单元增加传输数据过程中的稳定性和抗干扰性，使得上位机的相关
数据可以有效的传输至声光调制板aom处，保证整个脉宽可调控制系统使用的稳定性。
24.本方案中，通过控制声光调制板aom输出的模拟信号电压值以及脉冲数字信号，以实现对声光驱动器输出的光信号进行调制以及移频功能，以使得声光驱动器的衍射效率高。
25.具体的，rs485通讯单元采用半双工工作模式，以及差分输出的方式，具有传输速率高，抗干扰能力强的有点，保证能够有效的传输上位机的相关数据。
26.同时上位机内还设有日志存储模块，通过日志存储模块配合rs485通讯单元的数据传输，在日志存储模块中记录声光调制板aom上各个单元模块的错误状态和运行日志，这部分存储的日志可以为后续的产品研发修订提供数据支撑。
27.另外，本方案中的声光调制板aom采用的是单片机pic18系列，保证声光调制板使用过程中的准确性；声光驱动器为市面上可购买得到的调制器、移频器系列，是基于声光效应的一种光电器件，具有衍射效率高、调制速度快、封装体积小等优点，可为声光调控板aom实现对光信号的调制或移频功能。
28.优选的，所述声光调制板aom2的输入端独立连接用于采集光信号的同步输入单元6，同步输入单元6的输入端与激光器3连接，激光器3用于输出泵浦光信号，同步输入单元6将泵浦光信号转换为电信号。
29.所述声光调制板aom2内置有cpld，差分输入单元7和比较模块13的输出端连接cpld，同步输入单元6转换的电信号经过比较模块13比对后传输至cpld内进行处理，外部电平信号4经过差分输入单元7比较放大后传输至cpld内进行处理；电信号经过cpld处理得到脉冲数字信号。
30.具体的，同步输入单元高速采集泵浦光信号，并将采集到的泵浦光信号转换为电信号，在保证不失真的状态下有效放大信号，过滤干扰信号，并传输给声光调制板aom中的cpld中。
31.在本方案中，同步输入单元包括信号采集器、滤波器、信号放大器，在信号采集器检测并采集到泵浦光信号后，通过滤波器对转换后的电信号进行滤波处理，随后经过信号放大器进行电信号放大，并传输至cpld中。
32.在信号采集器端口处具有采集信号的光电转换器，通过光电转换器中的光电探头对光信号进行采集。
33.同时在信号采集器检测到信号时，通过rs485通讯单元发送信息至上位机处，与上位机进行核对，判断是否有信号输入，起到对整个系统的实时监测保护作用，防止后级器被打坏。
34.优选的，所述声光调制板aom2内置有比较模块13，同步输入单元6输出端与比较模块13相连，比较模块13内置设定阈值。
35.具体的，上位机通过rs485通讯单元将基频阈值输入至比较模块中，当激光器泵浦光信号经过同步输入单元进行采集、滤波、放大后，将放大后的电信号参数值与比较模块内的基频阈值进行比对，若是与比较模块内的基频阈值不一致时，声光调制板aom会进行应急保护处理，停止后续的出光，避免后续光学器件被打坏的情况。
36.在本方案中，放大后的电信号与比较模块中的基频阈值进行比对时，允许偏差在百分之三以内，在允许偏差范围外时，反馈至声光调制板aom，使得声光调制板aom关闭所有
驱动电源，以防止后续光学器件被打坏；而在允许偏差范围内时，将放大后的电信号传输给cpld，并对电信号进行延时、分频、脉宽、模式的处理，其中，上述处理指的是通过代码软件对电信号进行处理，而模式包括三种状态：声光全开、声光全关、trigger。
37.优选的，所述声光调制板aom2的输入端独立连接差分输入单元7，所述差分输入单元7的输入端输入外部电平信号4。
38.在本方案中，差分输入单元包括差分放大器，外部电平信号输入差分放大器后形成两路差分电平信号，差分放大器对两路差分电平信号进行比较，在比较过程中容易识别到小信号，在泵浦电流设置较低时，传输过来的光功率偏低，导致需求的泵浦光信号较弱，无法进行后续cpld的延时分频脉宽处理，此时通过上述的方式可以更加容易的识别小信号，保证cpld的后续处理。
39.具体的，差分输入单元采用双绞线电缆传输信号，其中的差分信号在特定的电源电压下可以提供较大的信号幅度，提高了对共模噪声的抑制能力，降低了二次谐波失真，因此实现了更高的信噪比，而经过差分放大器比较后的电平信号通过差分放大器中的差分放大芯片放大一定的倍数，随后将放大后的电平信号传输至cpld中。
40.值得一提的是，本方案中同步输入单元和差分输入单元分别与声光调制板aom的外部输入端口进行电连接，并且同步输入单元和差分输入单元分别对应声光内控和外控方式，以便于工业用途。
41.在实际使用过程中，外部电平信号的频率有工业需求进行定制，范围在1khz～500khz内可调，方便工业用途进行使用，同时在激光器未开状态下，也可以通过外部电平信号输入差分输入单元的方式来开启声光驱动器，且出光口的功率大小可以通过调节脉宽占空比进行调整。
42.优选的，所述声光调节板aom2通过do输出单元8输出模拟信号电压值，模拟信号电压值传输至声光驱动器5内的声光晶体处，用于控制声光晶体的偏转。
43.所述声光调节板aom2通过驱动脉冲输出单元9输出脉冲数字信号，脉冲数字信号传输至声光驱动器5内的声光晶体处，用于控制声光晶体的开关。
44.具体的，当驱动脉冲输出单元输出脉冲数字信号时，脉冲波形呈现无毛刺、无畸变，并且脉冲数字信号直接传输加载至声光驱动器中的声光晶体上，在脉冲频率、脉宽一定的范围内，通过卡门的方式，将光信号套在电信号中，并通过电控方式控制声光晶体的开关。
45.其中，在卡门的方式中，电信号即为门信号，通过设定延时的方式将光信号卡在电信号中，假设光信号没有完全套在电信号中，则激光器尾端无光输出，因此在一定程度上可以通过延时来调节光功率的输出。
46.在本方案中，通过do输出单元以及脉冲输出单元分别控制声光驱动器中声光晶体的偏转角度以及开关，通过电控方式实现对光信号的调制或移频功能，进而影响光的衍射以及出光问题。
47.优选的，所述声光调节板aom2内还装设有dac模块，所述dac模块与do输出单元8相连，do输出单元8输出的模拟信号电压值通过dac模块进行控制。
48.具体的，do输出单元8输出的模拟信号电压值，在dac模块的控制下可调范围在0-100％，并且输出的模拟信号电压值数据通过spi通信与声光调制板aom的单片机pic18进行
通讯，随后通过rs485通讯模块将模拟信号电压值数据传输至上位机上进行显示。
49.在本方案中，单片机pic18与dac模块通过spi通信进行通讯，单片机pic18与cpld之间同样通过spi通信进行通讯，而dac模块与cpld之间则是通过i2c进行通讯。
50.优选的，所述声光调制板aom2内置有状态存储单元12，用于记录声光调制板aom2内各个单元运行状态参数。
51.具体的，在声光调制板aom的各个采集位置安装传感器，并将传感器连接至rs485通讯单元处，随后状态存储单元通过与rs485通讯单元进行通讯连接，采集传感器的数据，记录声光调制板aom上各个单元的运行状态参数，以便于后续产品研发修订时可以提供数据支撑。
52.同时，rs485通讯单元将各个采集位置的传感器数据传输至上位机上进行显示，实时检测数据的变化，无需人工用检测仪器对采集位置进行人工测量，并且采集的数据准确率可以控制在千分之一内，增加数据检测时的效率和准确率。
53.优选的，所述声光调制板aom2内还装设有i2c通讯单元11，用于连接声光调制板aom2内的各个单元，使声光调制板aom2内的各个单元相互进行通讯以及数据传输。
54.在本方案中，对i2c通讯单元规定通讯逻辑，使得声光调节板aom内的各个单元通过i2c通讯单元进行通讯以及数据传输，保证各个单元之间的通讯以及传输时的稳定性和规律性。
55.值得一提的是，本方案中驱动脉冲输出单元9用于控制声光驱动器中声光晶体的开和关，do输出单元8用于控制声光驱动器中声光晶体的偏转，并且在驱动脉冲输出单元以及do输出单元的配合下，声光驱动器有多种使用状态。
56.当do输出单元8不输出模拟信号电压值或驱动脉冲输出单元9不输出脉冲数字信号，此时声光驱动器5不输出射频信号；当do输出单元8有输出模拟信号电压值且驱动脉冲输出单元9有脉冲数字信号，此时声光驱动器5能连续输出射频信号；当do输出单元8有模拟信号电压值且驱动脉冲输出单元9有脉冲可调信号输出，此时声光驱动器5可在高电平时输出射频载波信号，低电平时无射频信号输出，且高电平的射频信号由模拟信号电压值进行线性控制。
57.其中，脉冲可调信号就是对应的上述得到的脉冲数字信号，而该脉冲数字信号具有可调性，具体的，在本方案中，脉冲可调信号是通过输入的光信号经过fpga将模拟信号转换为3.3v的数字调制信号输出，该数字调制信号作为脉冲调制信号输出至声光驱动器。
58.结合上述方案，对本系统的工作原理进行具体描述：
59.第一阶段：上电前，确认好各单元、模块之间的连接是否正常。确认无误后通电。激光器上电后，数据初始化状态。上位机参数页面设置基频阈值，观察页面的实时状态是否写入成功。上位机用户界面的声光控制处，有两个选择：内控或者外控；内控时，选择打开激光器3发射泵浦光信号，声光调控板aom2的同步输入单元6的端口接受的是光信号，并将光信号转换为电信号，数值反馈给声光调制板aom采用的单片机pic18系列，通过rs485通讯模块10读取上位机基频阈值并传输至比较模块13处，将电信号与基频阈值进行比较，误差范围落在百分之三，优选为千分之一外，会产生应急断电现象，防止打坏后级光学器件；误差落在百分之三，优选为千分之一内，传输至cpld，进行数据处理：延时，分频，脉宽，模式。外控时，差分输入单元的输入端输入外部电平信号，电平信号的频率、占空比可依据实际生产需
求进行一定更改调整，频率可选择范围1khz～500khz。将外部电平信号接入差分信号放大器中作比较放大后传输给cpld，进行数据处理：延时。第一阶段结束。
60.第二阶段：上位机1参数界面设置功率调节百分比参数。上位机1的通讯指令遵循着modbus协议，通过串口rs485通讯模块发送给声光调控板aom2。声光调控板aom2的单片机pic18系列只会接收第一帧指令，其余指令不接受，接受指令后通过i2c通讯模块11再传输给各个单元、模块。声光调控板aom2的do输出模块8根据上位机设置的功率百分比输出对应的模拟信号电压值，驱动脉冲输出单元9则会输出对应的脉冲数字信号，第二阶段结束。
61.其中，外部电平信号输入经过差分输入单元处理传输给cpld，cpld进行延时、分频、脉宽、模式的处理，输出驱动脉冲输出单元所输出的信号；do输出模块输出的模拟电压信号是通过dac模块与单片机pic18之间反馈得到的，至于单片机pic18的数值来自于上位机的设定，通过rs485通讯单元进行通讯传递。
62.值得一提的是，外部电平信号是来源于机床加工板卡所给的信号，一般有三种gate、trriger、pwm，在本方案中采用gate信号，上位机具有外控功能，使得gate信号传输后可以产生作用，驱动脉冲信号的产生。
63.在本方案的一实施例中，光信号通过运放、整形然后进入fpga转换为脉冲信号作为控制模块的输入，do输出单元通过上位机发送命令到单片机，并通过串行dac(spi)进行dac设置，再经过缓冲放大输出，进而控制声光调制板aom。
64.第三阶段：确认声光驱动器5整体工装环境:中心工作频率、功率、供电电压，通过电控方式实现对光信号的调制或移频现象，常见有三种工作状态，本实用新型主要介绍其中一种工作状态，当声光调控板aom2的do输出单元8有模拟信号电压值且驱动脉冲输出单元9有脉冲可调信号输出，此时声光驱动器5可在高电平时输出射频载波信号，低电平时无射频信号输出，且高电平的射频信号由模拟信号电压值进行线性控制。
65.本方案通过声光调制板对输入信号的调制，将信号稳定输出，继而实现了抗干扰的效果；同时声光调制器的应急保护功能，极大的增强了系统使用时的稳定性。
66.本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。