CN117374710A - 一种调制输出线性激光器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及直接调制激光器技术的领域，尤其是涉及一种调制输出线性激光器，其固态激光器，用于产生激光光束；驱动电路板，与固态激光器连接，用于根据激光光束的目标输出功率，确定供电参数，并按照供电参数向固态激光器提供驱动信号，驱动固态激光器输出激光光束；其中，供电参数包括驱动信号的占空比和峰值电流，每个占空比对应一种峰值电流，占空比与激光光束的输出功率呈线性关系。本申请具有缓解相关的固态激光器中输出功率与调制占空比不成线性关系的问题的效果。

Description

一种调制输出线性激光器

技术领域

本申请涉及直接调制激光器技术的领域，尤其是涉及一种调制输出线性激光器。

背景技术

舞台灯光中，利用激光是常见的，主要使用可见红绿蓝三基色的激光。由于缺乏黄绿波段半导体材料，因此通常使用固态激光进行动态调制以获得良好的效果。

固态激光器的调制方式有腔内、腔外和直接调制。腔内调制需要调制元件，腔外调制需要增加调制元件和大型电源。直接调制是通过外接电信号直接控制激光器的泵浦源，实现参数调制。

TTL调制和模拟调制是直接调制的方式，其中TTL调制最常见。它的峰值电流固定不变，通过改变开关信号指令来调整激光亮暗变化，但占空比的改变可能导致激光器输出功率与调制占空比成非线性关系，进而影响舞台灯光的动态视觉效果。

发明内容

为了缓解相关的固态激光器中输出功率与调制占空比不成线性关系的问题，本申请提供一种调制输出线性激光器。

本申请提供的一种调制输出线性激光器采用如下的技术方案：

一种调制输出线性激光器，包括：

固态激光器，用于产生激光光束；

驱动电路板，与所述固态激光器连接，用于根据所述激光光束的目标输出功率，确定供电参数，并按照所述供电参数向所述固态激光器提供驱动信号，驱动所述固态激光器输出激光光束；

其中，所述供电参数包括所述驱动信号的占空比和峰值电流，每个所述占空比对应一种所述峰值电流，所述占空比与所述激光光束的输出功率呈线性关系。

通过采用上述技术方案，驱动电路板在调制过程中，让每个占空比对应一种峰值电流，根据参数算法，促使激光器的输出功率与调制占空比之间成线性关系。这种线性响应使得激光器的输出更加可预测和可控，使其更适用于需要精确控制亮度和效果的应用，如舞台灯光。根据不同应用的需要选择合适的占空比和峰值电流，从而适应各种不同的光学效果和亮度要求。这增加了激光器的应用灵活性。并且由于线性关系，激光器能够在不同的占空比下平滑过渡，而不会出现不连续或跳跃的效应，有助于消除激光输出中的不良效果，提高视觉体验。

可选的，所述驱动电路板包括单片机和恒流驱动电路；

所述单片机用于根据所述目标输出功率，输出控制信号，所述控制信号包括所述目标输出功率对应的所述占空比和所述占空比对应的所述峰值电流；

所述恒流驱动电路与所述单片机连接，用于接收所述控制信号，并按照所述控制信号中的所述占空比和所述峰值电流向所述固态激光器提供脉冲信号或者连续信号，以控制所述固态激光器按照所述目标输出功率输出激光光束。

通过采用上述技术方案，单片机和恒流驱动电路的组合，激光器可以在连续模式和脉冲模式之间进行切换，增加了应用的多功能性，允许它在不同的场景下选择最适合的激光输出模式，通过选择合适的工作模式。单片机可以提供精确的控制信号，以实现对激光器的精确控制，对于需要高度精确的应用非常重要。

可选的，所述占空比与所述峰值电流呈负相关关系。

通过采用上述技术方案，通过在不同占空比下使用不同的峰值电流，较高占空比的区域对应较低的峰值电流，而较低占空比的区域则对应较大的峰值电流，缓解了输出功率与占空比非线性关系，使输出功率和占空比成正比关系，使得激光器的行为更加可预测和可控，允许用户更加精确地控制激光器，实现准确的亮度调整，以满足特定应用的需求。

可选的，所述单片机还用于，按照所述占空比与所述激光光束的输出功率的线性关系，确定所述占空比对应的所述峰值电流。

通过采用上述技术方案，单片机由预定的占空比和输出功率之间的线性关系，在已知占空比的情况下，能够推算出相应的输出功率，再由输出功率可推算出峰值电流的大小，将计算得到的峰值电流对应到每个占空比，即可使占空比与输出功率呈现预定的线性关系，由此实现对激光器输出功率的精确控制，以获得所需的光学效果。

可选的，所述脉冲信号包括出光时间段和非出光时间段，所述脉冲信号在所述非出光时间段的电流大于0且小于所述固态激光器输出所述激光光束的阈值电流。

通过采用上述技术方案，以低电流工作的状态可使光电子处于激发的预备态，当施以超过阈值的工作电流时，光电子能够迅速达到激发态，使固态激光器由休眠状态快速切换到激光输出状态，这对于需要即时响应的应用非常有用。另外，在不发射激光时，通过以低于出光阈值电流工作，可以减少激光器元件的磨损和热应力，从而延长激光器的寿命，对于减少维护和更换成本非常有利。

可选的，所述驱动电路板还包括反馈电路，所述反馈电路用于检测所述固态激光器输出所述激光光束的实际输出功率，以调整所述峰值电流。

通过采用上述技术方案，反馈电路实时监测实际输出功率，然后相应地调整峰值电流，有助于减小实际输出功率与理论输出功率之间的差异，从而确保所需性能的可靠性。并且反馈电路有助于提高激光器的稳定性，它可以迅速响应功率波动，并自动进行调整，从而减小了功率波动对应用性能的影响，确保其在不同工作条件下都能提供最佳的输出。另外，反馈电路可以降低维护需求，很大程度上自我维护，减少了手动干预和校准的必要性。

可选的，所述驱动电路板还包括通信模块，所述通信模块用于接收所述目标输出功率。

通过采用上述技术方案，具备通信模块的驱动电路板使用户能够通过远程控制设备来管理激光器，对于需要在不同地点或距离操控激光器的应用非常有用。通过远程控制，用户可以实时调整激光器的参数，以满足特定需求，对于需要即时响应和调整的应用非常关键。通信模块可以用于远程传输设备性能数据，这有助于进行数据记录和分析，从而更好地了解设备状态和性能。

可选的，所述驱动电路板还包括冷却模块，所述冷却模块用于在所述固态激光器的温度超过既定温度时工作。

通过采用上述技术方案，当激光器过热时，其性能可能下降，甚至可能受到永久性损坏。 冷却模块可以有效地防止这种情况的发生，可以帮助维持激光器的稳定工作温度，有助于保持激光器光学性能的一致性，提高激光器的性能和长期稳定性。冷却模块自动启动和关闭，通常只在需要时才工作，以维持适当的工作温度，有助于节省能源。冷却模块的存在减少了对激光器的主动监控和温度管理的需求，降低了维护成本。

可选的，所述调制输出线性激光器包括至少两个所述固态激光器，每个所述固态激光器有独立的控制信号通道。

通过采用上述技术方案，具有多个独立控制信号通道的多个固态激光器可以实现多种不同的应用，可以同时执行不同的任务，或者协同工作以实现更复杂的功能。并且，如果一个激光器出现故障，其他激光器仍然可以继续工作，确保***的连续性和可靠性。另外的，多个激光器可以同时工作，从而增加了总输出功率。

可选的，所述固态激光器采用吸收谱窄的固态激光器。

通过采用上述技术方案，吸收谱窄的固态激光器能够产生精确的输出波长，可以实现更精确的波长控制，减小了由于不同波长光线之间的干涉而引起的问题，有助于提高光束的质量和输出功率，实现高质量、稳定的激光输出，适用于需要高性能和精确控制的应用。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过控制峰值电流与占空比一一对应，达到使激光器的输出功率与调制占空比之间成线性关系，从而消除激光输出中的不良效果，提高视觉体验的效果；

2.通过设置反馈电路，根据激光器实际输出功率来微调峰值电流，达到消除实际输出功率与理论输出功率的误差产生的影响的效果；

3.通过设置冷却模块，达到帮助维持激光器的稳定工作温度，防止过热，提高激光器的性能和长期稳定性的效果。

附图说明

图1是本申请实施例中一种调制输出线性激光器结构框图。

图2是本申请实施例中一种调制输出线性激光器电路调制结构框图。

图3是本申请实施例中一种调制输出线性激光器出光阶段峰值电流与调制占空比示意图。

图4是本申请实施例中一种调制输出线性激光器的激光输出功率和调制占空比关系图。

图5是本申请实施例中一种调制输出线性激光器不出光阶段峰值电流与调制占空比示意图。

图6是本申请实施例中一种调制输出线性激光器的驱动电路板组成示意图。

附图标记说明：

1、固态激光器；2、驱动电路板；21、单片机；22、恒流驱动电路；23、反馈电路；24、通信模块；25、冷却模块。

具体实施方式

以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种调制输出线性激光器。

参照图1，一种调制输出线性激光器包括驱动电路板2和固态激光器1。驱动电路板2负责为固态激光器1供电，并通过模拟调制或TTL调制方式来实现动态调控激光输出。动态地对包括频率、脉宽、占空比和峰值电流等参数的调整，从而使激光器在不同的应用场景中实现多种输出模式，例如，在需要高脉冲功率的应用中，可以提高峰值电流和脉宽以获得更强的输出功率。而在需要稳定连续输出的应用中，可以选择较低的峰值电流和更长的脉宽。这种模式为激光器提供了出色的适应性，适用于各种不同的应用领域。

固态激光器1是一种采用固体激光材料作为增益介质的激光装置，本申请中特别采用吸收谱窄的激光器。吸收谱窄的固态激光器1以其独特的波长控制能力，可以产生精确的输出波长，为用户提供了极高的波长精度，对需要精确波长控制的应用非常有利。

此外，吸收谱窄的特性有助于减小不同波长光线之间的干涉效应，提高光束的质量和输出功率，使得激光束更加稳定，干扰效应降低，光学性能更加可靠，使得固态激光器1能够应用于要求高质量、稳定激光输出的场景中。

驱动电路板2包括单片机21和恒流驱动电路22，参考图2，它们共同实现了激光器的电路调制过程。首先，单片机21生成控制信号，控制信号用于控制恒流驱动电路22生成连续信号或者脉冲信号，随后恒流驱动电路22将连续信号或者脉冲信号输送到固态激光器1，以控制固态激光器1的工作方式，分别对应实现固态激光器1的连续工作模式和脉冲工作模式。

这一组合调控方式，允许激光器在不同应用场景下选择最合适的输出模式，从而提高多功能性和灵活性，使得激光器在多种应用中能够实现高度的多功能性和能效。

另外，单片机21的高精确度控制信号对于需要精确控制的应用至关重要。它可以确保激光器的输出在需要时能够精确满足要求，这对于需要高精度控制的领域尤为重要。

在供电参数的调制过程中，针对每个占空比值都对应一种峰值电流，参照图3，可以观察到波形的特性，图中波峰的宽度占整个周期的比例越大，相应的占空比就越高，而在垂直方向上，这对应着峰值电流的大小。在固态激光器1的出光阶段，可以观察到一个重要的设计特点：较高占空比的区域对应着较低的峰值电流，而较低占空比的区域则对应着较大的峰值电流。

并且对于峰值电流的推算。它建立在预先确定的占空比与输出功率之间的线性关系基础上。也就是说，当已知某个特定占空比时，能够精确预测相应的输出功率。而通过输出功率的推算，我们可以反过来计算峰值电流的大小。最后将计算得到的峰值电流与每个占空比值对应，即可实现占空比与输出功率之间的预定线性关系。

参考图4，清晰展示了未优化前和优化后的固态激光器1性能。实线部分代表未优化前峰值电流恒定的情况下，固态激光器1输出功率与调制占空比之间的关系。虚线部分则代表优化后的情况，其中固态激光器1输出功率与调制占空比之间呈现线性关系。

这种线性关系的出现对于固态激光器1的性能和应用产生了显著的改变。首先，这种线性关系的出现使激光器的输出变得更加可预测和可控。这对于那些需要对亮度和效果进行高度精确控制的应用至关重要，例如舞台照明。用户可以根据特定应用的需求，轻松选择适合的占空比实现各种不同的光学效果和亮度水平。这一特性允许用户按需调整激光器的输出，确保其适应各种不同的环境和应用场景，从而提供更多的可能性和创造性。

此外，这种线性关系还简化了激光器的操作和控制过程。用户不需要复杂的调试或繁琐的参数设置，只需根据所需的光学效果选择适当的占空比，就能轻松实现精确的控制，有助于提高工作效率，减少了操作人员的负担，并降低了使用门槛，使更多的人能够有效地操作和控制激光器。

最后，鉴于存在这种线性关系，激光器能够在不同占空比下实现平滑过渡，而不会出现不连续或跳跃的效应。这一特性对于确保激光输出的连贯性和平稳性非常关键，有助于消除激光输出中的不良效果，从而提高了视觉体验。这保证了激光器在各种不同应用中都能展现出更高水平的性能和品质。

参考图5，波谷的虚线部分代表固态激光器1处于无电流状态，而实线部分代表其在有电流状态。本申请中在固态激光器1不输出激光的时间段，它仍以低于出光阈值的电流工作。

这种低电流工作状态对于激光器非常有益。首先，它将光电子保持在激发的预备态，使其准备好立即进入激发态，只需施加高于阈值的工作电流，固态激光器1就能够在休眠状态下瞬间响应，迅速切换到激光输出状态，适用于需要即时响应的场合。

此外，当激光器以低于出光阈值的电流工作而不发射激光时，有助于减少激光器元件的磨损和热应力，减少元件磨损有助于延长激光器的使用寿命，同时减少了维护和零件更换的成本。

参考图6，驱动电路板2还包括反馈电路23、通信模块24和冷却模块25，其中反馈电路23负责监测固态激光器1的实际输出功率，并根据需要调整峰值电流，设置反馈电路23的主要意图是减小实际输出功率与理论输出功率之间的差异，确保激光器在各种工作条件下提供可靠的性能。并且，鉴于这种反馈调节机制，激光器可以迅速响应功率波动，自动进行调整，降低了功率波动对应用性能的影响，确保连续稳定的输出。另外，反馈电路23的自我维护功能还降低了维护需求，减少了手动干预和校准的必要性，提高了激光器的性能和可靠性。

通信模块24实现了远程激光器管理，为需要跨越地点或距离进行激光器控制的应用提供了极大的方便。通过远程控制，用户可以实时地调整激光器的参数，以满足具体需求，这对需要即时反应和调整的应用十分关键。此外，通信模块24还可用于远程传输设备性能数据，有助于记录和分析数据，提高对设备状态和性能的了解。

冷却模块25有效地防止激光器因过热而导致性能下降和受损。它有助于维持激光器在稳定的工作温度下运行，确保激光器的光学性能始终保持一致，提高了激光器的性能和长期稳定性。此外，冷却模块25能够自动启动和关闭，有助于减少能源消耗。冷却模块25的存在还减轻了对激光器的主动监控和温度管理的依赖，从而减少了维护成本。

最后，固态激光器1数量可以为多个，每个都具备独立的控制信号通道，以实现协同工作或独立控制，能够同时执行多种任务，或者协同工作，实现更为复杂的功能。此外，如果其中一个激光器发生故障，其他激光器仍能够继续运行，确保***的连续性和可靠性。

本申请实施例一种调制输出线性激光器的实施原理为：

通过预先确定的占空比与输出功率之间的线性关系，推算出输出功率进而计算出峰值电流，随后调控峰值电流，使其与占空比一一对应，最终使激光器的输出功率与调制占空比之间线性对应，从而有效地排除了激光输出中可能出现的不良效果，显著提升了视觉体验的质量。

同时，引入反馈电路23，它会根据激光器的实际输出功率动态微调峰值电流，以减小实际输出功率与理论输出功率之间的误差，确保性能可靠性，提高了激光器的输出一致性和稳定性。

最后，采用冷却模块25，能够有效地维护激光器在恒定的工作温度下，防止过热问题的发生，从而提高了激光器的性能和长期稳定性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调制输出线性激光器，其特征在于，包括：

固态激光器（1），用于产生激光光束；

驱动电路板（2），与所述固态激光器（1）连接，用于根据所述激光光束的目标输出功率，确定供电参数，并按照所述供电参数向所述固态激光器（1）提供驱动信号，驱动所述固态激光器（1）输出激光光束；

其中，所述供电参数包括所述驱动信号的占空比和峰值电流，每个所述占空比对应一种所述峰值电流，所述占空比与所述激光光束的输出功率呈线性关系。

2.根据权利要求1所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述驱动电路板（2）包括单片机（21）和恒流驱动电路（22）；

所述单片机（21）用于根据所述目标输出功率，输出控制信号，所述控制信号包括所述目标输出功率对应的所述占空比和所述占空比对应的所述峰值电流；

所述恒流驱动电路（22）与所述单片机（21）连接，用于接收所述控制信号，并按照所述控制信号中的所述占空比和所述峰值电流向所述固态激光器（1）提供脉冲信号或者连续信号，以控制所述固态激光器（1）按照所述目标输出功率输出激光光束。

3.根据权利要求2所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述占空比与所述峰值电流呈负相关关系。

4.根据权利要求3所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述单片机（21）还用于，按照所述占空比与所述激光光束的输出功率的线性关系，确定所述占空比对应的所述峰值电流。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述脉冲信号包括出光时间段和非出光时间段，所述脉冲信号在所述非出光时间段的电流大于0且小于所述固态激光器（1）输出所述激光光束的阈值电流。

6.根据权利要求2-4任一项所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述驱动电路板（2）还包括反馈电路（23），所述反馈电路（23）用于检测所述固态激光器（1）输出所述激光光束的实际输出功率，以调整所述峰值电流。

7.根据权利要求2-4任一项所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述驱动电路板（2）还包括通信模块（24），所述通信模块（24）用于接收所述目标输出功率。

8.根据权利要求2-4任一项所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述驱动电路板（2）还包括冷却模块（25），所述冷却模块（25）用于在所述固态激光器（1）的温度超过既定温度时工作。

9.根据权利要求1-4任一项所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述调制输出线性激光器包括至少两个所述固态激光器（1），每个所述固态激光器（1）有独立的控制信号通道。

10.根据权利要求1-4任一项所述的一种调制输出线性激光器，其特征在于，所述固态激光器（1）采用吸收谱窄的固态激光器（1）。