全固态激光器控制器
激光器的控制软件--GS控制系统的设计研究
激光器的控制软件--GS控制系统的设计研究发布时间：2022-07-24T07:27:08.084Z 来源：《中国科技信息》2022年第3月第6期作者：周士云[导读] 本文设计了一种新型的激光器控制系统--GS Controller，这是一款实时嵌入式应用系统。
主要控制激光器的初始化、各级光路模块的正常工作、以及对激光器设备状态进行监控并做出相应的处理。
周士云国神光电科技（上海）有限公司摘要：本文设计了一种新型的激光器控制系统--GS Controller，这是一款实时嵌入式应用系统。
主要控制激光器的初始化、各级光路模块的正常工作、以及对激光器设备状态进行监控并做出相应的处理。
相对传统的激光器控制系统，本款GS控制系统支持多种机型，具有更加灵活的配置，在最短的时间内支持一款新的机型，从软件架构上更加灵活与兼容。
本文详细描述了这款GS控制系统的设计思路以及功能模块。
关键词：GS Controller GS控制系统嵌入式系统 GSC一、嵌入式应用系统GS控制系统是一款实时嵌入式应用系统，嵌入式系统是信息技术的一种,其广泛应用与我们的生产生活中,并且随着现代信息技术的发展,嵌入式系统也不断改进与发展。
1.概述嵌入式系统与通用计算机系统是现代计算机的两大种类，相比于通用计算机系统，嵌入式系统更为小巧和简单[1]。
其主要是在一个ROM 中写入一个控制程序作为一个嵌入式处理其控制板，该控制板可以放入各种设备中，实现对设备的控制和监视，比如，工厂的自动化机械生产设备、智能家用电器等设备中。
现代购入式系统平台也包含了Flash存储设备用以保存代码以及数据。
嵌入式系统在我们的生产生活中应用广泛，是很多智能家电与自动化机械设备的核心控制部件，因为它相对独立，因此，可以单独进行批量生产，然后，再与其他部件进行组装即可应用。
嵌入式系统是以应用为中心，以现代计算机技术为基础，能够根据用户需求，如功能、可靠性、成本、体积、功耗以及环境等不同的要求，灵活裁剪的软硬件模块专用计算机系统。
应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战
应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战张福领;苏杭;赵渊明;董光焰
【期刊名称】《电光系统》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】应用于全固态激光雷达的光学相控阵是一种电控扫描的光束指向控制技术,具有宽视场、低功耗、轻量化的优异性能,在军事和民用领域发挥着越来越重要的作用。
文章首先介绍了光学相控阵基本工作原理;回顾了近年来基于不同材料光学相控阵的国内外研究进展,主要包括:光波导相控阵(如LiTaO3晶体、
GaAs/AIGaAs、PLZT电光陶瓷、Si等)和液晶光学相控阵;并对基于不同材料光学相控阵的优劣势进行对比分析;指出了研制高性能光学相控阵需要突破的关键技术;并给出了光学相控阵技术的发展趋势与挑战。
【总页数】8页(P5-12)
【作者】张福领;苏杭;赵渊明;董光焰
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所;哈尔滨工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN958.98
【相关文献】
1.光学相控阵和相控阵激光雷达技术
2.应用于激光雷达的光学相控阵技术
3.应用于激光雷达系统的光学相控阵技术研究进展
4.中科天芯发布国内首款光学相控阵技术固态激光雷达芯片A2
5.光学相控阵技术研究进展与发展趋势
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固体激光器原理及应用
固体激光器原理及应用固体激光器是一种使用固态材料作为工作介质，利用吸收外部能量激发材料内部电子跃迁产生激光的器件。
其原理基于材料内部的电子能级结构，通过能量输入使电子能级发生跃迁，产生一束高强度、窄谱线、准单色的激光束。
固体激光器具有激光输出稳定、寿命长、重复频率高、输出功率大等优点，因此在许多领域有着广泛的应用。
固体激光器的工作原理可以分为三个基本步骤：激发、放大和输出。
首先，通过能量输入使材料内部的电子从基态跃迁至激发态，形成一个激发态的粒子团。
其次，通过适当的增益介质，激发态粒子发生受激辐射过程，产生激光并且放大。
最后，通过激光输出装置将激光束从增益介质中输出。
固体激光器的工作介质一般是由具有合适外加激励源的能级结构的晶体或玻璃组成。
常用的材料有Nd:YAG（氧化钇铝铈钕）、Nd:YLF（钇铝石榴石）、Nd:YVO（钇钕钒酸盐）和Ti:sapphire（蓝宝石）等。
这些材料具有良好的耐热性、光学性能和谐振特性。
固体激光器的应用相当广泛。
在科学研究领域，固体激光器常用于物理、化学、生物学等学科中的实验室研究。
其高可靠性和稳定性使其成为激光生物学、光谱学和光物理学等领域的基础工具。
此外，固体激光器在通信领域也有着重要的地位。
特别在光纤通信系统中，固体激光器可以作为光源产生高质量的激光信号，用于传输和接收数据。
固体激光器还在制造业中得到广泛应用。
例如，固体激光器在激光切割、焊接和打标等加工过程中发挥着重要角色。
其高功率和高能量脉冲使其成为材料切割和焊接的理想工具。
此外，固体激光器还可以应用于材料精细处理、纳米加工和激光显微技术等领域，为制造业提供了更加高效和精确的加工手段。
此外，固体激光器还用于医疗领域。
例如，激光手术中使用的激光刀就是一种固体激光器。
固体激光器可以提供高能量和高精确性的激光束，用于切割、热凝固和热疗等医疗操作。
它在眼科手术、皮肤整形和癌症治疗等领域中有着广泛应用。
总之，固体激光器以其稳定的输出功率、高效的能量转化和丰富的应用领域而受到广泛关注和应用。
LD泵浦的高重复频率全固态飞秒激光器(特邀)
第49卷第12期Vol.49N o.12红外与激光工程Infrared a n d Laser Engineering2020年12月Dec.2020 L D泵浦的高重复频率全固态飞秒激光器（特邀）郑立s汪会波u,田文龙\张大成\韩海年2,朱江峰、魏志义2(1.西安电子科技大学物理与光电工程学院，陕西西安710071;2.中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室，北京100190)摘要：G H z飞秒激光器相比于传统的百M H z飞秒激光器，其频域中相邻纵模的间隔更大、可分辨 率更高，相同光谱范围内纵模密度更小，每个纵模分得的平均功率相对更高，在梳齿可分辨光谱学、直 接频率梳光谱学、光学任意波形产生以及天文摄谱仪校准等诸多领域有着更重要的应用价值。
文中从G H z飞秒脉冲的产生方案出发，着重对激光二极管泵浦的G H z重复频率全固态飞秒激光的产生方 案以及相应的技术挑战进行了详细介绍，然后重点综述了国际上基于S E S A M被动锁模以及克尔透镜 锁模全固态G H z飞秒激光器的研究进展，并结合笔者所在课题组取得的初步研究结果对全固态G H z重复频率飞秒激光器的应用价值以及笔者所在课题组的研究目标进行了展望。
关键词：G H z重复频率；全固态飞秒激光器；克尔透镜锁模；被动锁模中图分类号：T N242 文献标志码：A D O I：10.3788/I R L A20201069LD-pumped high-repetition-rate all-solid-statefemtosecond lasers {Invited)Zheng Li1,W a n g Hu i b o1'2,Tian W e n l o n g1，Zh a n g D a c h e n g1，H a n Hainian2,Z h u Jiangfeng1，W e i Zhiyi2(1. School of Physics and Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi'an 710071, China;2. Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy o f Sciences, Beijing 100190, China)Abstract:C o m p a r e d with traditional 〜100 M H z femtosecond lasers,the m o d e spacing i s larger of G H z femtosecond lasers so that each c o m b can simply be resolved.Furthermore,the less dense of longitudinal m o d e s results in higher average p o w e r.Therefore,i t has more important application value in m a n y research fields,such as comb-resolvabled spectroscopy,direct optical frequency c o m b spectroscopy,optical arbitrary waveform generation and astronomical spectrograph calibration.In this review,the generation schemes of G H z femtosecond pulses and the corresponding technical challenges of G H z-repetition-rate all-solid-state femtosecond lasersp u m p e d by laser diode were introduced in detail firsly.Secondly,the international research progresses of all-solid-state G H z femtosecond lasers based on S E S A M passively mode-locking and Kerr-lens mode-locking were summarized.Finally,the application value and research object of our group in all-solid-state G H z-repetition-rate femtosecond lasers were forcasted based on our preliminary research results.K e y w o r d s:G H z repetition rate;all-solid-state femtosecond lasers;Kerr-lens m o d e locking;passively m o d e locking收稿日期:2020-09-12;修订日期:2020-10-14基金项目:国家自然科学基金（11774277, 60808007);中央高校基本科研业务费（JB190501，Z D2006);陕西省自然科学基础研究计划(2019JCW-03)作者简介:郑立（1995-)，男，博士生，主要从事全固态激光技术方面的研究。
固态激光器的工作原理
固态激光器的工作原理激光器作为一种重要的光学器件，在现代科技和工业应用中起到了至关重要的作用。
固态激光器作为其中的一种类型，在多个领域中展现出了广泛的应用前景。
本文将详细介绍固态激光器的工作原理，以及其在科学研究、医疗、通信等方面的应用。
一、固态激光器的基本构成和工作原理固态激光器由一个激光介质和一个泵浦源组成。
激光介质是固体材料，常见的材料包括Nd:YAG（氧化铝掺杂钕）、Nd:YVO4（钇钒酸钕）等。
泵浦源通常采用光源或者其他激光器来提供能量，使激光介质中的掺杂离子处于激发态。
1. 光子吸收与激发当泵浦光进入激光介质时，它与激光介质中的掺杂离子相互作用。
这种相互作用导致掺杂离子从基态跃迁到激发态，吸收入射光子的能量。
这种能量吸收过程是固态激光器工作的起点。
2. 辐射与受激辐射当掺杂离子处于激发态时，它会逐渐失去能量。
在这个过程中，掺杂离子通过辐射的形式传递能量，并以光子的形式释放出来。
这些光子的能量是特定波长和频率的激光光子，具有相同的相位和方向，符合激光的特性。
3. 扩散与增益当释放的激光光子经过多次的反射和扩散后，在固态激光器的谐振腔内产生共振放大。
在这个过程中，激光光子不断增加，并形成强大的激光束。
这种过程是通过谐振腔中的镜面反射实现的，其中一个镜子是部分透明的，用于输出激光。
二、固态激光器的应用固态激光器具有紧凑、高效、可靠等特点，因此在科学研究、医疗、通信等领域有广泛的应用。
1. 科学研究固态激光器在科学研究中扮演着重要角色。
其激光束的窄带宽和高功率使得它成为细分光谱研究、原子物理、分子光谱学等领域的理想工具。
此外，固态激光器还广泛应用于量子光学研究、量子计算和量子通信等领域。
2. 医疗器械固态激光器在医疗领域有着广泛的应用。
激光切割、激光刻蚀、激光焊接等技术在现代医疗器械的制造过程中发挥着重要作用。
此外，激光手术、激光疗法等应用也在眼科手术、皮肤整形和癌症治疗等方面展现出了巨大的潜力。
固体激光器基本原理以及应用
汇报人：
单击输入目录标题 固体激光器的基本原理 固体激光器的应用 固体激光器的发展趋势
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固体激光器的基本原理
固体激光器的组成
泵浦源：提供能量使激光介质产生 激光如氙灯、半导体激光器等
冷却系统：保持激光介质的温度稳 定提高激光器的性能和寿命如水冷、
风冷等
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技术进步：提高输出功率、降低能 耗、提高稳定性
研究热点：新型材料、新型结构、 新型工艺等
固体激光器的应用拓展势
医疗领域： 用于眼科、 皮肤科等 疾病的治 疗
工业领域： 用于切割、 焊接、打 标等加工 工艺
科研领域： 用于光谱 分析、激 光雷达等 科学研究
军事领域： 用于激光 武器、激 光通信等 军事应用
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激光介质：产生激光的物质如YG晶 体、Nd:YG晶体等
光学谐振腔：使激光在腔内反复反 射形成稳定的激光输出如反射镜、
全反射镜等
电源和控制系统：提供激光器的工 作电压和电流控制激光器的工作状
态如电源、控制器等
固体激光器的工作原理
激光产生：通过激发态粒子的受激辐 射产生激光
激光治疗：用于 皮肤病、肿瘤、 血管疾病等治疗
激光诊断：用于 皮肤病、肿瘤、 血管疾病等诊断
激光美容：用于 皮肤美容、整形 等美容项目
军事领域的应用
激光制导武器：利用激光精确 制导提高打击精度
激光通信：实现远距离、高速、 保密通信
激光雷达：用于探测、跟踪、 识别目标
激光武器：用于摧毁敌方武器 装备、设施等
增益介质：使用固体材料作为增益介 质如稀土离子掺杂的晶体
全固态激光器原理
全固态激光器原理嘿，朋友，你有没有想过，有一种神奇的光，它不是像手电筒那样简单地发光，而是有着强大的能量和独特的产生方式呢？这就是全固态激光器发出的光。
今天呀，我就来给你讲讲全固态激光器的原理，这可真是个超级有趣的事儿呢！咱先得知道啥是全固态激光器。
简单来说，它就是一种产生激光的设备，和那些老早的、体积庞大又复杂的激光器不太一样。
全固态激光器最大的特点就是它里面的主要部件都是固态的，就像我们生活里常见的固体东西一样实实在在。
这可比那些有气体或者液体参与的激光器要稳定得多呢！你想啊，气体和液体总是跑来跑去、晃来晃去的，固态的东西就安安稳稳地待在那儿，多靠谱呀。
那全固态激光器到底是怎么把光变成那种超级厉害的激光的呢？这就得从它的几个关键部分说起啦。
首先就是增益介质。
这就像是一场光的“强化训练营”。
增益介质是一种特殊的固体材料，常见的有晶体材料，比如说钇铝石榴石（YAG）。
你可以把增益介质想象成一群听话又有潜力的小士兵，光在经过这个增益介质的时候，就像是小士兵们在接受严格的训练。
在这个过程中，光会得到能量的补充，变得越来越强。
怎么补充能量的呢？这就涉及到粒子数反转啦。
正常情况下，原子里的电子就像住在不同楼层的居民，低楼层的居民多，高楼层的居民少。
但是在增益介质里，通过一些特殊的方法，就像给这些居民发了个通知，让高楼层的居民一下子多了起来，这种情况就叫粒子数反转。
这时候，光经过，就像是得到了高楼层居民扔下来的能量包，变得越来越强壮。
然后呢，就轮到泵浦源上场啦。
泵浦源就像是一个超级能量提供者，是个大力士呢。
它的任务就是给增益介质提供能量，让增益介质能够实现粒子数反转。
你可以把泵浦源想象成一个不断往“强化训练营”里送食物的大厨，只有食物充足，小士兵们才能变得强大呀。
泵浦源提供能量的方式有很多种，比如说用闪光灯或者激光二极管来提供能量。
要是没有泵浦源，增益介质就没办法让光得到强化，那全固态激光器也就没法产生激光啦，这就像没有大厨，小士兵们就得饿肚子，还怎么训练呢？有了增益介质和泵浦源还不够呢，还得有光学谐振腔。
固体激光器原理
固体激光器原理
固体激光器原理是一种把电能转变为光能的设备，它能产生高能量、高精度、低噪声的脉冲或持续光束。
固体激光器主要分为离子激光器、半导体激光器和光纤激光器，它们的原理都是通过激发某种固体材料电子能级，使其跃迁至更高能级，从而发射出光子而形成激光。
离子激光器是以氩离子为激发源的固体激光器，它的原理是利用电磁场和电荷场的耦合作用将原子的电子能级跃迁至更高的能级，然后将能量输入激光管，激发出一定能量的激光束。
半导体激光器是一种电子学技术，它的原理是将半导体材料的电子能级跃迁至更高的能级，然后将能量输入半导体激光器，激发出一定能量的激光束。
光纤激光器是利用半导体激光器激发光纤内部的光子，使其能量输入光纤中并被输出，形成激光束。
这种激光器具有较高的稳定性，能够把大量的光能输入光纤中，并具有极低的能量损耗，比传统的激光器具有更佳的效率。
总的来说，固体激光器原理是一种发射激光束的方法，它能产生高精度、高能量、低噪声的脉冲或持续光束。
固体激光器主要分为离子激光器、半导体激光器和光纤激光器，它们的原理都是通过将固
体材料的电子能级跃迁至更高的能级，从而发射出光子而形成激光。
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1-3KwW全固态激光器控制系统
一、概述
激光器保护控制器可实现激光器的操作控制、保护等功能；
1.控制功能：
控制功能主要包括激光器及辅助设备的手动\自动开启、关闭及联动。
所有激光器操作控制均围绕方便，安全两方面设计。
系统控制采用手动和自动两种方式操作。
手动方式主要用于激光器及外部设备的调试，以及功率的设置，可脱离机器人直接通过面板按键控制激光器及外部设备启停。
自动方式用于激光器实际工作时的激光器的快速启停及运行控制。
并可接受外部机器人控制信息。
在用户有可能发生误操作的一些项目中不与执行并有提示信息，最大限度地限制用户的非法控制操作。
2.保护功能：
全固体激光器的主要部分是钯条、晶体棒、光纤、镜片以及电源及其它控制电路，而其中钯条、晶体棒、光纤及镜片等又是及易损坏的部件，因此对它们的保护是控制系统的重点。
对于钯条、晶体棒、光纤部分，损坏的主要原因是由于温度过高、输入电流电压过高、输入电流突变等原因引起的，而这些部件的降温是依靠水冷系统来完成。
因此，在激光控制部分做到无水不开电源，控制电流缓慢步进变化，并对这些部件的温度、水系统工作状态、电源电流、电压的进行实时监测快速处理保护就可以很好避免这些部件的损坏。
同时，水系统漏水也会损坏钯条、电源及控制电路，系统还具有光腔内漏水的检测。
对于镜片部分，温度过低易结露，出激光后易造成镜片损坏。
而温度过高也可造成镜片炸裂，因此也应做好开机温度检测。
同时，为防止光腔内结露，还在开机时还要求进行预充高纯氮，以驱散水蒸气并增加腔内气压以防止灰尘进入腔内。
系统设置了以下传感器及监测点作为系统保护的监测点：
✓各电源的电流、电压信息各一路；
✓激光头热沉水流量开关一路；
✓激光头晶体棒水流量开关一路；
✓保护气流量开关一路；
✓激光头热沉冷却水入口温度检测一路；
✓激光头晶体棒冷却水入口温度检测一路；
✓各激光头冷却水出口温度各两路；
✓镜片冷却水温度一路；
✓光纤头温度一路；
✓光腔漏水检测点三路；
激光头是全固态激光器的核心，也是最易损坏的部件。
基于对激光器头部分的保护功能，不管是手动还是自动操作，激光头电源只有在满足开机条件时才能开启，且每次开激光头电源均需小电流预热1分钟方能正常按给定功率工作。
同时激光头电源供电时所有水、气系统均不能关闭，而且激光头电源关闭时水系统还需延时数秒才自动关闭。
在开机状态下，一旦检测到异常，系统将自动及时地断电断水，保证系统不至损坏。
设置急停按钮，在紧急情况下可通过按急停按钮速地断电断水。
●激光头电源开机条件：
✓光腔保护气充气超过二分钟；
✓激光头冷却水打开且有一定压力的水流；
✓激光头冷却水、光纤头冷却水、镜片冷却等温度均低去相应设定上限
值；
✓光腔内无漏水；
✓冷却水入口温度在开机温度范围内。
二、系统功能
1.控制流程：
●开机过程控制流程：
1)按自动键开机；
2)预充保护气（高纯氮气）二分钟，以防止镜片结露；
3)打开激光头冷却水冷机组及镜片冷却水泵；
4)检测到水路正常后温度下降（上升）至要求的温度自动打开激光器电源；
5)小电流预热一分钟。
6)以上过程正常后方可进行正常出激光控制。
●控制过程：
1)功率给定时控制电流上升及下降均缓慢步进调整。
2)运行过程中有开机警示灯闪亮。
●关机过程控制流程：
按电源（关机）键；
电源电流先自动缓慢步下降至０Ａ，再关闭电源。
数秒钟后再自动关闭激光头冷却水冷机组及镜片冷却水泵。
2.报警功能
遇下列情况之一，若在激光器电源未开机状态，电源将无法打开。
如是此时激光器正在工作，则立即产生报警（蜂鸣器响）并自动断电断水：
✓光腔保护气缺失超过三分钟；
✓激光头热沉冷却水缺失
✓激光头热沉冷却水缺失；
✓激光头热沉冷却水温度过高
✓激光头热沉冷却水温度过高
✓镜片冷却水温度过高；
✓光纤头温度过高；
✓激光器漏水；
✓激光器运行电流过大；
✓激光器运行电压过高。
报警后按任一方向键
．．＞．”．“．M．”．）．可报警复位。
．．．（．“．∧．”“
．．＜．”“
．．∨．”“
3.系统设计
1.系统构成
控制系统总结构图
控制电路由CPU控制部分、外部传感器等组成的主控电路系统及外部电源开关、交流接触器等组成的强电系统部分组成。
外部水泵、电源等由接触器控制。
强电部分由CPU通过弱电通过继电器进行隔离控制。
2.主控系统
输入
主控电路系统由电源模块、计算机板、外围控制板及按键板等部分组成。
电源模块输出三组隔离的电源，分别由两个开关电源完成。
其中第一个开关电源为单
24VDC输出，作为外围控制板及所有传感器有外部隔离控制（电磁阀等）供电。
第二路输出5VDC，提供给计算机板作为计算机板主电源及信号采集处理电路电源。
自动运行接口为激光器与机器人接口。
采用4位光隔输入及4位光隔输出：
光隔输入4位（机器人给激光器）：
①计算机开关请求： 0：待机 1：开机准备
②光闸开关请求： 0：关光匣 1：开光匣
③报警信息： 0：正常 1：故障报警
④指示光开关请求: 0：关指示光 1：开指示光
光隔输出（激光器给机器人）：
① :备用
② :备用
③ :备用
④ :备用。