專利名稱：一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機漂移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光束控制領(lǐng)域，涉及一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機漂移的方法。
背景技術(shù)：
自1960年第一臺紅寶石激光器問世以來，激光技術(shù)以其單色性好、方向性好、穩(wěn)定性好、高亮度等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活及科學(xué)研究的多個領(lǐng)域。但是激光器工作時， 由于諸多因素的影響，會使得輸出光束在傳播過程中產(chǎn)生漂移，從而影響激光在精密測量和精密加工等方面的應(yīng)用。脈沖激光器光束漂移來源主要有以下幾個方面(1)激光器本身發(fā)光機理會導(dǎo)致光束產(chǎn)生漂移；( 裝置及大地抖動引起的隨機漂移；C3)光束傳播路徑中的外界傳輸環(huán)境(周圍環(huán)境的溫度、壓力、濕度、振動等)的變化引起傳輸系統(tǒng)狀態(tài)的不穩(wěn)定。目前一般運用以下措施減小光束漂移(1)對于激光器系統(tǒng)選用熱變形小的材料。( 排熱降溫法?？刹捎盟浣禍胤ǎ蚋咚俅碉L(fēng)機縱向吹氣法排走大量的熱量。(3) 應(yīng)用自適應(yīng)光學(xué)及多元回歸對光束漂移進行綜合修正。在發(fā)射系統(tǒng)中加入變形鏡，矯正光束波前畸變，補償大氣傳輸造成的影響。(4)利用激光裝置整體溫漂閉環(huán)反饋控制法和激光方向穩(wěn)定性專用裝置控制漂移?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點是(1)多為硬件上的改進加入新的元件、裝置或是改變原有材料；( 多針對連續(xù)光，鮮有專門針對脈沖激光的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為克服已有不足，提供一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機漂移的方法，為實時在線控制脈沖激光光束的漂移提供了一種快速準(zhǔn)確的手段，節(jié)省時間和成本。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機漂移的方法，已知光源波長、 初始幾何參數(shù)、入射脈沖的隨機漂移范圍及一個脈沖段所含脈沖數(shù)m(m為正整數(shù))，具體實現(xiàn)步驟如下步驟一確定脈沖窗口數(shù)η及脈沖數(shù)k，n，k均為正整數(shù)，且η彡k彡m-1 ；；步驟二根據(jù)如下的漂移量移動平均值公式，以脈沖窗口數(shù)為基準(zhǔn)進行計算漂移量移動平均值；
1 n-\漂移量移動平均值公式^(幻=-21@-力，1^ = η, n+1, . . . m, η為脈沖窗口數(shù)，
nJ=O
k為脈沖數(shù)，x(k)是第k個脈沖的漂移量，Xma (k)是第k個脈沖漂移量移動平均值，由于光束漂移可以分為位置漂移和指向漂移，因此由上式可推知具體的兩種漂移量移動平均值公式，如下
1 n-\位置漂移量移動平均值^ (幻=-Σ -))，k = η, n+1, ...m(s為入射脈沖光束
nJ=O的位置漂移量，Sma是位置漂移量移動平均值)；
1 n-\指向漂移量移動平均值幻=_Σ外A-))，k = η, η+1, . . .m( θ為其指向漂移
nJ=O
量，θ Μ是指向漂移量移動平均值)；步驟三依據(jù)步驟二計算出的位置漂移量移動平均值和指向漂移量移動平均值，利用如下的校正量公式分別對每一個位置漂移量移動平均值和指向漂移量移動平均值，使其歸0;漂移量校正公式y(tǒng)(k) = ξ -y(k-l)+n · χ (k)(其中，k為脈沖數(shù)，χ (k)是第k個脈沖的漂移量，y(k)是第k個脈沖的校正量，ξ是通過仿真優(yōu)化得出的一個系數(shù)值，n是一與激光器自身特性相關(guān)的參數(shù))，由漂移量校正公式可推出位置漂移量和指向漂移量校正公式，如下位置漂移量校正公式1 (k) = ξ · 1 (k-i) + η · s (k), (1是位置漂移校正量)；指向漂移量校正公式r(k) = ξ -r(k-l)+n · θ (k)，(r是指向漂移校正量)；當(dāng) k = 1 時，1(0) = 0，r(0) = 0 ；步驟四判斷脈沖數(shù)k是否等于m-1 (m為一段脈沖的總脈沖數(shù))，若不等于，則依次
重復(fù)步驟二和步驟三；若等于，則結(jié)束。所述光源根據(jù)實際需求選擇，從紅外到紫外的光波波段均可。本發(fā)明的原理由脈沖激光器特性可知，出射激光脈沖和脈沖之間光束漂移都不相同，但也有一定規(guī)律可循，激光脈沖序列可以被分為許多段，各段都由一定的脈沖數(shù)組成，在段與段之間，脈沖的平均漂移量會發(fā)生較大幅度的跳變，而在一段范圍內(nèi)，脈沖激光器位置和指向漂移的評價可以用動態(tài)平均值(moving average,ΜΑ)描述，MA數(shù)學(xué)表達式描述如下
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機漂移的方法，其特征在實現(xiàn)步驟如下已知光源波長、初始幾何參數(shù)、入射脈沖的隨機漂移范圍及一個脈沖段所含脈沖數(shù)m， 其中m為正整數(shù)；步驟一確定脈沖窗口數(shù)η及脈沖數(shù)k，η, k均為正整數(shù)，且η彡k彡m-1 ； 步驟二 根據(jù)如下的漂移量移動平均值公式，以脈沖窗口數(shù)為基準(zhǔn)計算漂移量移動平均值； 漂移量移動平均值公式^(幻=-11@-·/')，!^ = n, n+1, ...m, η為脈沖窗口數(shù)，k為 脈沖數(shù)，X(k)是第k個脈沖漂移量，Xma (k)是第k個脈沖漂移量移動平均值；光束漂移分為位置漂移和指向漂移，由上式推出具體的兩種漂移量移動平均值公式， 如下 位置漂移量移動平均值^ (幻ζ-ΣΜΑ-·/') 'k = n,n+l,...m,s為入射脈沖光束的位 置漂移量，Sma是位置漂移量移動平均值， 指向漂移量移動平均值^㈨= -1^^))4 = n，n+1，...m，θ為其指向漂移量， θ MA是指向漂移量移動平均值；步驟三依據(jù)步驟二計算出的位置漂移量移動平均值和指向漂移量移動平均值，利用如下的校正量公式分別對每一個位置漂移量移動平均值和指向漂移量移動平均值進行校正，使其歸0;漂移量校正公式y(tǒng)(k) = ξ 1(1^-1) + 11 ·Χ(10，其中，k為脈沖數(shù)，X(k)是第k個脈沖的漂移量，y(k)是第k個脈沖的校正量，ξ是通過仿真優(yōu)化得出的一個系數(shù)值，n是一與激光器自身特性相關(guān)的參數(shù)；由漂移量校正公式可推出位置漂移量和指向漂移量校正公式，如下位置漂移量校正公式1 (k) = ξ · 1 (k-l) + η -s(k),l是位置漂移校正量； 指向漂移量校正公式r(k) = ξ τ (k-l)+η · θ (k)，r是指向漂移校正量； 當(dāng) k = 1 時，1(0) = 0, r(0) = 0 ；步驟四判斷脈沖數(shù)k是否等于m-1，若不等于，則依次重復(fù)步驟二和步驟三；若等于， 則結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機漂移的方法，其特征在于所述光源波長根據(jù)實際需求選擇，從紅外到紫外的光波波段均可。
全文摘要
一種穩(wěn)定脈沖激光束隨機漂移的方法，該方法基于漂移量移動平均值(MA)原理，對脈沖光束進行單脈沖校正，可以及時有效地穩(wěn)定光束，校正隨機漂移。其關(guān)鍵在于提出合適的漂移量校正公式y(tǒng)(k)＝ξ·y(k-1)+η·x(k)(其中，k為脈沖數(shù)，x(k)是第k個脈沖的漂移量，y(k)是第k個脈沖的校正量，ξ是通過仿真優(yōu)化得出的一個系數(shù)值，η是一與激光器自身特性相關(guān)的參數(shù))，實現(xiàn)對光束漂移的閉環(huán)實時校正。本發(fā)明為脈沖激光束的穩(wěn)定提供了一種快速準(zhǔn)確的手段；在光束控制、信號探測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號H01S3/13GK102368589SQ201110338389
公開日2012年3月7日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者廖志杰, 張麗霞, 張海波, 林嫵媚, 王瑞林, 甘大春 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所