[發明專利]基于激光管溫度多點采集的高頻率復現性激光穩頻方法與裝置

有效

• 申請號: 201911410452.6
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111048987B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 楊宏興;鄒運;殷子淇;李婧;胡鵬程;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13;H01S3/131;H01S3/10
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.基于激光管溫度多點采集的高頻率復現性激光穩頻方法，應用于基于激光管溫度多點采集的高頻率復現性激光穩頻裝置，包括：雙縱模激光器電源(1)、激光管(2)、內導熱膠層(3)、多組加熱薄膜(4)、溫度傳感器(5)、外導熱膠層(6)和隔熱層(7)，在所述多組加熱薄膜(4)內部分別嵌入所述溫度傳感器(5)，并通過所述內導熱膠層(3)粘貼在所述激光管(2)的外壁上，在所述多組加熱薄膜(4)的外部依次緊貼設置所述外導熱膠層(6)和隔熱層(7)，所述雙縱模激光器電源(1)的正負極分別連接在所述激光管(2)的兩端，所述隔熱層(7)靠近所述激光管(2)的兩端處各設置有一透光孔，所述激光穩頻裝置還包括：穩頻控制電路，所述穩頻控制電路包括偏振分光鏡(8)、光功率轉換電路(9)、A/D轉換電路(10)、測溫電路(11)、微處理器(12)、D/A轉換器(13)和加熱薄膜驅動器(14)，所述偏振分光鏡(8)設置在任一所述透光孔外，所述光功率轉換電路(9)設置在偏振分光鏡(8)的反射及折射光路上，所述光功率轉換電路(9)、A/D轉換電路(10)、微處理器(12)、D/A轉換器(13)、加熱薄膜驅動器(14)和多組加熱薄膜(4)依次單向連接，所述溫度傳感器(5)、測溫電路(11)和微處理器(12)依次單向連接，所述雙縱模激光器電源(1)，用于為所述激光管(2)提供電能；所述激光管(2)，用于向所述偏振分光鏡(8)輸出激光；所述內導熱膠層(3)和外導熱膠層(6)，用于傳導熱量；所述多組加熱薄膜(4)，用于接收并根據所述加熱薄膜驅動器(14)的驅動信號對所述激光管(2)進行溫度控制；所述溫度傳感器(5)，用于采集所述激光管(2)的溫度，并以電信號的形式傳輸給所述測溫電路(11)；所述外導熱膠層(6)，用于將所述多組加熱薄膜(4)的熱量向外導出；所述隔熱層(7)，用于阻絕所述隔熱層(7)內部的熱量耗散；所述偏振分光鏡(8)，用于反射及折射所述激光管(2)發出的激光至所述光功率轉換電路(9)的光電轉換器件上；所述光功率轉換電路(9)，用于將所述激光轉換為光模擬信號并輸出至所述A/D轉換電路(10)；所述A/D轉換電路(10)，用于將所述光模擬信號轉換為光數字信號并輸出至所述微處理器(12)；所述測溫電路(11)，用于獲取所述溫度傳感器(5)的溫度模擬信號，將所述溫度模擬信號轉換為溫度數字信號后傳輸至所述微處理器(12)；所述微處理器(12)，用于處理所述光數字信號和溫度數字信號，并輸出溫控數字信號至所述D/A轉換器(13)；所述D/A轉換器(13)，用于將所述溫控數字信號轉換為溫控模擬信號并輸出至所述加熱薄膜驅動器(14)；所述加熱薄膜驅動器(14)，用于根據所述溫控模擬信號輸出相應的驅動信號至所述多組加熱薄膜(4)，其特征在于，所述穩頻方法包括以下步驟：

步驟一、開啟雙縱模激光器電源(1)，在激光管(2)預熱之前利用多組加熱薄膜(4)中內嵌的溫度傳感器(5)和測溫電路(11)對激光管(2)的溫度進行采集，記為T₁，...，T_N，對這組數據進行處理，取其特征溫度為T_tube，將所述特征溫度作為當前環境狀態下激光管(2)的初始溫度；

步驟二、對激光管(2)自然預熱，激光管(2)內的光功率發生周期性變化，其中，從一個光功率到下一相同光功率的過程為一個模式，一段時間內利用多組加熱薄膜(4)中的溫度傳感器(5)測量激光管(2)的整體溫度變化ΔT以及該段時間所對應的激光器(2)光功率變化模式的數量ΔN，利用計算激光管(2)單個模式所對應的溫度變化系數α；

步驟三、采集多組加熱薄膜(4)中的溫度傳感器(5)所對應的初始溫度值T₀’，T₁’，...，T_N’，對初始溫度值數據進行處理，取所述初始溫度值數據的特征溫度為T’，預設穩頻時整體激光管(2)的溫度為T_set，計算出激光管(2)達到預設溫度時達到的模式個數為N_set，將N_set作為整個激光管(2)達到預設溫度時光功率需要變化的模式個數；

步驟四、利用穩頻控制電路控制多組加熱薄膜(4)對激光管(2)進行加熱，此時激光管(2)進入預熱階段，利用兩路光功率的變化記錄整個激光管(2)的模式變化數量，當模式變化數量達到N_set-ΔN時，結束預熱過程，激光管(2)進入穩頻控制階段；

步驟五、由于激光管(2)的玻璃殼體存在非均勻性，所以預熱過程結束時，在相同的驅動電壓下多組加熱薄膜(4)相同時間內達到的溫度點是不相同的，記為T₀”，T₁”，...，T_N”，以該組溫度變化數據作為參考，對多組加熱薄膜(4)分別進行控制，微處理器(12)通過算法控制多組加熱薄膜(4)的驅動電壓對激光管(2)的整體溫度進行微調，使溫度傳感器(5)的溫度達到T_set，最終控制激光管(2)達到高頻率穩定度的狀態。