本發(fā)明涉及紅外波段激光器，特別是指一種黑磷基中紅外波段激光器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的中紅外波段激光器在功能上雖然能夠滿足基本的激光發(fā)射需求，但在激光脈沖的精確調(diào)控和實(shí)時監(jiān)測方面存在一定的局限性。在激光加工、光譜分析等應(yīng)用場景中，這種局限性可能會影響激光脈沖的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，從而對實(shí)驗(yàn)或加工結(jié)果的可靠性和精度造成一定影響。

2、另外，傳統(tǒng)的激光器系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理方面往往不夠智能化。用戶在操作這些系統(tǒng)時，通常需要手動調(diào)節(jié)激光參數(shù)，而無法根據(jù)實(shí)時情況做出靈活調(diào)整。這種情況不僅可能降低工作效率，還會在一定程度上增加操作的復(fù)雜性和出錯的可能性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種黑磷基中紅外波段激光器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、高效的中紅外激光脈沖輸出。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種黑磷基中紅外波段激光器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括：

4、激光發(fā)射模塊，用于產(chǎn)生并輸出中紅外波段的激光脈沖；

5、光路調(diào)控模塊，用于調(diào)控激光脈沖的傳播路徑、聚焦?fàn)顟B(tài)和偏振特性，以使激光束照射目標(biāo)區(qū)域；

6、信號檢測與采集模塊，用于捕捉激光脈沖數(shù)據(jù)和使用攝像頭捕捉目標(biāo)區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時記錄圖像數(shù)據(jù)，激光脈沖數(shù)據(jù)包括激光脈沖的強(qiáng)度、頻率、相位參數(shù)數(shù)據(jù)；

7、數(shù)據(jù)處理與分析模塊，用于對激光脈沖數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取、模式識別和性能評估，包括脈沖寬度、重復(fù)頻率、能量分布、非線性效應(yīng)分析以及數(shù)據(jù)識別和對比，以得到數(shù)據(jù)處理與分析結(jié)果；

8、反饋控制模塊，用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理與分析結(jié)果，自動調(diào)節(jié)激光發(fā)射模塊的參數(shù)，包括泵浦功率、諧振腔長度、溫度，攝像頭的焦距、曝光參數(shù)，并將調(diào)節(jié)指令發(fā)送至激光發(fā)射模塊和攝像頭；

9、人機(jī)交互界面，用于用戶設(shè)置監(jiān)控激光器狀態(tài)、查看并分析處理結(jié)果，以及導(dǎo)出或打印報告。

10、進(jìn)一步的，調(diào)控激光脈沖的傳播路徑、聚焦?fàn)顟B(tài)和偏振特性，以使激光束照射目標(biāo)區(qū)域，包括：

11、對激光發(fā)射模塊輸出的激光脈沖進(jìn)行參數(shù)測量，并根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的位置，構(gòu)建光路布局，包括激光脈沖的傳播路徑、聚焦點(diǎn)的位置以及偏振方向；

12、確定透鏡、反射鏡、光柵光學(xué)元件，并根據(jù)構(gòu)建的光路將光學(xué)元件安裝在預(yù)定位置；

13、利用反射鏡改變激光脈沖的傳播方向，并通過調(diào)整反射鏡的角度和位置，使激光脈沖按照光路傳播；

14、通過調(diào)整透鏡的位置和焦距，使激光脈沖在目標(biāo)區(qū)域形成聚焦?fàn)顟B(tài)，包括點(diǎn)聚焦、線聚焦；

15、通過偏振控制器調(diào)控激光脈沖的偏振方向，并通過調(diào)整偏振控制器的參數(shù)，以控制激光脈沖偏振方向；

16、通過調(diào)整和設(shè)置透鏡、反射鏡、光柵及偏振控制器光學(xué)元件，激光脈沖按照構(gòu)建的光路傳播，以使激光束照射目標(biāo)區(qū)域。

17、進(jìn)一步的，捕捉激光脈沖數(shù)據(jù)和使用攝像頭捕捉目標(biāo)區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時記錄圖像數(shù)據(jù)，包括：

18、使用光電探測器對激光發(fā)射模塊輸出的激光脈沖進(jìn)行實(shí)時檢測，測量激光脈沖的強(qiáng)度、頻率和相位參數(shù)；

19、光電探測器將檢測到的激光脈沖參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，并傳輸給數(shù)據(jù)采集卡；

20、數(shù)據(jù)采集卡以設(shè)定的采樣率對光電探測器傳輸?shù)碾娦盘栠M(jìn)行實(shí)時采集；

21、使用攝像頭對準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域，捕捉到的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視頻信號，傳輸至數(shù)據(jù)采集卡；

22、數(shù)據(jù)采集卡以設(shè)定的幀率對攝像頭傳輸?shù)囊曨l信號進(jìn)行實(shí)時采集，并實(shí)時記錄圖像數(shù)據(jù)。

23、進(jìn)一步的，對激光脈沖數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取、模式識別和性能評估，包括脈沖寬度、重復(fù)頻率、能量分布以及數(shù)據(jù)識別和對比，以得到數(shù)據(jù)處理與分析結(jié)果，包括：

24、對激光脈沖數(shù)據(jù)通過高斯濾波進(jìn)行平滑處理，并設(shè)定濾波參數(shù)，對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和增強(qiáng)對比度操作，以得到預(yù)處理后的激光脈沖數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)；

25、根據(jù)預(yù)處理后的激光脈沖數(shù)據(jù)，計算脈沖時間差，以得到脈沖寬度，并在給定的時間窗口內(nèi)統(tǒng)計脈沖數(shù)量，以計算重復(fù)頻率；

26、分析激光脈沖數(shù)據(jù)中的脈沖波形，計算激光脈沖的總能量，并根據(jù)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)，檢測圖像中的邊緣信息，并提取圖像的紋理特征和形狀特征；

27、根據(jù)脈沖時間差、重復(fù)頻率，設(shè)置決策樹模型的參數(shù)，并使用包含不同類型激光脈沖和對應(yīng)標(biāo)簽的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對決策樹模型進(jìn)行訓(xùn)練，以得到激光脈沖類型的分類器；根據(jù)提取的圖像特征，設(shè)置卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的參數(shù)，包括卷積層數(shù)、濾波器大小，并使用包含目標(biāo)區(qū)域和對應(yīng)標(biāo)簽的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，以得到檢測和識別圖像中目標(biāo)的數(shù)據(jù)識別器；

28、使用訓(xùn)練好的決策樹模型對待識別的激光脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和識別，輸出脈沖類型標(biāo)簽，并計算分類準(zhǔn)確率；使用訓(xùn)練好的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對待識別的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測和識別，輸出目標(biāo)位置和類型標(biāo)簽，并計算識別準(zhǔn)確率、召回率指標(biāo)；

29、根據(jù)激光脈沖數(shù)據(jù)特征的分類和圖像數(shù)據(jù)目標(biāo)檢測與識別，整理并輸出激光脈沖數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的處理與分析結(jié)果。

30、進(jìn)一步的，脈沖時間差的計算公式為：；

31、其中，表示脈沖時間差；表示平均窗口大小；、分別表示第個和第個脈沖的時間戳；表示時間戳的固定偏移量；、分別表示第分別表示第個和第個脈沖的時間戳抖動項(xiàng)；表示非線性效應(yīng)的參數(shù)；表示脈沖序列的索引。

32、進(jìn)一步的，重復(fù)頻率的計算公式為：；

33、其中，表示重復(fù)頻率；表示測量的脈沖對數(shù)量；表示第個脈沖對的權(quán)重；表示第個和第個脈沖之間的時間差；表示一個修正項(xiàng)；表示索引變量。

34、進(jìn)一步的，激光脈沖的總能量計算公式為：；

35、其中，表示激光脈沖的總能量；、表示積分的時間范圍；表示脈沖的峰值功率；表示常數(shù)圓周率；表示洛倫茲分布的半寬參數(shù)；表示時間變量；表示脈沖的中心時間；表示比例常數(shù)；表示激光器參數(shù)；表示參考激光器參數(shù)值；表示噪聲和背景光的功率常數(shù)；表示非線性效應(yīng)修正系數(shù)；表示色散修正系數(shù)。

36、進(jìn)一步的，識別準(zhǔn)確率的計算公式為：；

37、其中，表示識別準(zhǔn)確率；表示測試數(shù)據(jù)集中的總樣本數(shù)量；表示第個樣本，模型在整個測試數(shù)據(jù)集中正確識別和檢測的目標(biāo)數(shù)量；表示第個樣本，模型在整個測試數(shù)據(jù)集中漏檢的目標(biāo)數(shù)量；表示第個樣本，模型在整個測試數(shù)據(jù)集中誤檢的目標(biāo)數(shù)量。

38、進(jìn)一步的，召回率的計算公式為：；

39、其中，表示召回率；表示第個樣本的權(quán)重；表示對第個樣本，模型正確預(yù)測為負(fù)類的數(shù)量；表示調(diào)節(jié)系數(shù)。

40、進(jìn)一步的，根據(jù)數(shù)據(jù)處理與分析結(jié)果，自動調(diào)節(jié)激光發(fā)射模塊的參數(shù)，包括泵浦功率、諧振腔長度、溫度，攝像頭的焦距、曝光參數(shù)，并將調(diào)節(jié)指令發(fā)送至激光發(fā)射模塊和攝像頭，包括：

41、數(shù)據(jù)處理與分析模塊對激光脈沖數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，輸出關(guān)鍵參數(shù)，包括脈沖寬度、重復(fù)頻率、能量分布激光特性參數(shù)，以及圖像清晰度、對比度圖像質(zhì)量參數(shù)；

42、反饋控制模塊實(shí)時接收數(shù)據(jù)處理與分析模塊輸出的參數(shù)，并根據(jù)接收到的參數(shù)，反饋控制模塊制定對應(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)方案，包括增加泵浦功率、縮短諧振腔長度或降低溫度，若圖像清晰度不足，調(diào)整攝像頭的焦距或曝光參數(shù)；

43、根據(jù)調(diào)節(jié)方案，反饋控制模塊生成對應(yīng)的調(diào)節(jié)指令，并將調(diào)節(jié)指令發(fā)送至激光發(fā)射模塊和攝像頭。

44、本發(fā)明的上述方案至少包括以下有益效果：

45、激光發(fā)射模塊能夠產(chǎn)生并輸出中紅外波段的激光脈沖，具有極短的脈沖寬度和高的重復(fù)頻率，為高精度測量和加工提供了強(qiáng)大的光源基礎(chǔ)。光路調(diào)控模塊能夠精確調(diào)控激光脈沖的傳播路徑、聚焦?fàn)顟B(tài)和偏振特性，確保激光束能夠準(zhǔn)確地照射到目標(biāo)區(qū)域，提高了系統(tǒng)的靈活性和適用性。信號檢測與采集模塊不僅能夠捕捉激光脈沖的強(qiáng)度、頻率、相位等關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)，還能通過攝像頭捕捉目標(biāo)區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對激光脈沖和加工過程的全面監(jiān)控。

46、數(shù)據(jù)處理與分析模塊能夠?qū)す饷}沖數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取、模式識別和性能評估，提供了豐富的數(shù)據(jù)分析手段，有助于用戶深入了解激光脈沖的特性和加工效果。反饋控制模塊能夠根據(jù)數(shù)據(jù)處理與分析結(jié)果，自動調(diào)節(jié)激光發(fā)射模塊和攝像頭的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化和自動化，提高了加工效率和精度。人機(jī)交互界面提供了豐富的功能選項(xiàng)和直觀的操作界面，方便用戶設(shè)置監(jiān)控激光器狀態(tài)、查看并分析處理結(jié)果，以及導(dǎo)出或打印報告，提高了系統(tǒng)的易用性和可維護(hù)性。