[发明专利]用于中红外超快激光器的数控驱动电源

说明书

本发明公开了一种用于中红外超快激光器的数控驱动电源，其涉及电子设备的技术领域，该电源包括供电模块、控制模块、恒流模块、稳压反馈模块、保护模块、智能诊断模块以及人机交互模块。本发明在激光器驱动电源中利用可调稳压模块的电驱动特性、FPGA的高速处理特性以及示波器的电压纹波系数读取形成一个闭环反馈系统，并利用人工智能算法快速处理电信号并优化，进一步实现了面向中红外超快激光器驱动电源的低纹波特性，达到了输出纹波系数低于百分之一。本发明主要从驱动电源方面解决了激光器光学时域、频域抖动的根本问题，对超快激光器、超连续谱光源以及光频率梳的光学品质提升以及在精密加工，激光医疗和精密测量等方面具有重要的作用。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种用于中红外超快激光器的数控驱动电源。

背景技术

超快激光是一种脉冲宽度在皮秒(10^-12s)甚至飞秒(10^-15s)量级的优良相干光源，具有脉冲宽度小、峰值功率高(kW)、重复频率高(MHz)等优良性能，中红外激光本身所具有的良好水吸收性，使得其在智慧医疗、聚合物材料加工以及环境监测等方面有着其他光源不可替代的重要应用。

然而超快激光器本身是一个复杂的非线性动力系统，尤其是中红外波长的超快激光，处于材料的深度反常色散区(孤子锁模机制)，而孤子脉冲的稳定性高度依赖于环境条件(温度、湿度、应力以及偏振等因素)的变化，容易出现脉冲分裂以及调Q脉冲的干扰，造成输出激光性能恶化甚至器件损坏。泵浦光源的时域抖动是造成超快激光环境扰动和性能下降的内在因素。对于超快激光器而言，电源的抖动会造成锁模失锁(变为不稳定的调Q脉冲)，纵模发生跳模致使波长发生漂移，还会造成脉冲分裂、重频抖动、呼吸脉冲产生、自脉冲和时域噪声等严重问题。对于连续波模式(CW)运转的激光器而言，电源的噪声和抖动对一般应用如激光焊接、激光打标以及大面积体块材料切割等领域带来的误差尚能容忍，但对于激光通讯、高精度激光雷达、激光医疗以及精密材料加工等国家重点发展的新型特殊领域而言，电源不稳定造成的超快激光质量恶化等一系列后果将是不能容忍的，特别在医疗领域将是致命的。因此超快激光的高品质输出性对高精度、高稳定性和高可控性的驱动电源需求十分迫切。

在面向激光器的高精度恒流电源技术领域，专利CN203136252U公开了一种激光器电源输出电流调节电路，该发明主要面向连续激光器，该发明提出通过调节BUCK拓扑电路中开关管的PWM信号的占空比来调节激光器驱动电源的放电输出电流，实现了激光器输出功率的稳定可靠，不过该发明的电路控制结构为开环结构，优点是结构简单、成本低，不过因其未采用反馈元器件，在现在新一代工业应用背景下，无反馈且非数字控制的控制方式严重落后于现在高度信息化和智能化生产及应用需求；专利CN205724364U公开了一种大功率响应的激光器驱动电源及技术方案，可实现连续恒流和脉冲恒流两种工作模式，其外部控制电压由计算机控制，实现了数字控制，不过该发明忽略了激光器的保护问题，其电路中缺少故障警示电路，激光器属于高精度仪器，电源输出的不稳定和突变都会使激光器稳定性和寿命大大减小；专利CN108258578B公开了一种全数字化控制激光器电源及控制方法，该方法指出在电路输出超出激光器阈值的情况下，可实现故障警示以及安全关断效果，然而对于激光器驱动电源电流常见的突变造成的浪涌现象没有防范措施这会严重损伤激光器，尤其是超快激光器。且该方案无报错节点显示，既无法有效保护超快激光器，也不利于后续故障的维修。专利CN207269095U公开了一种激光器电源控制系统，该发明的滤波方式是在交流信号的输入端进行滤波整流。然而对于复杂的电路噪声，单次滤波下噪声幅度的降低幅度十分有限，无法适用于高精度的超快激光器。

总之，传统方案均不能满足具有复杂动力学特性的超快激光电源的技术要求，因此急需探索面向超快激光(尤其是中红外波段超快激光器)的新型电源驱动方案。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种用于中红外超快激光器的数控驱动电源。