双路声光调制器的控制电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种双路声光调制器的控制电路及其控制方法。

背景技术

在工业激光应用中，有些材料需要采用不同波长、不同重复频率以及不同的功率来进行加工，无论从成本以及装配空间来说，在单台激光器上实现双波长无疑是最佳方案。

因此，需要设计一种双波长激光中双路声光调制器的控制电路，实现两路激光独立控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种双路声光调制器的控制电路及其控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

双路声光调制器的控制电路，特点是：包括MPU、FPGA以及数/模转换器，FPGA包含I2C数据处理模块、I2C数据处理模块、基频生成器、分频模块一和分频模块二，通信接口与MPU的通信端相连，MPU的I2C总线连接FPGA输入引脚，进而连接到I2C数据处理模块的总线端，MPU的I2C总线连接到数/模转换器的总线端；数/模转换器的两路输出分别连接声光调制器一的模拟输入脚和声光调制器二的模拟输入脚；频率输入接口连接到FPGA的输入脚，进而连接到倍频模块；倍频模块的输出连接到基频生成器的输入脚；I2C数据处理模块的输出数据总线分别连接到基频生成器的数据输入端口、分频模块一的数据输入端口和分频模块二的数据输入端口；基频生成器的输出连接分频模块一的输入端和分频模块二的输入端；分频模块一的输出连接声光调制器一的输入端；分频模块二的输出连接声光调制器二的输入端。

进一步地，上述的双路声光调制器的控制电路，其中，MPU为意法半导体公司型号STM32F103的MPU。

进一步地，上述的双路声光调制器的控制电路，其中，数/模转换器为ADI公司型号AD5647R的数/模转换器。

进一步地，上述的双路声光调制器的控制电路，其中，FPGA为Xilinx公司Spartan6系列型号XC6SLX4的FPGA。

本发明双路声光调制器的控制方法，上位机通过通信接口发送指令到MPU，设定激光器的工作基频、两路激光的重复频率以及对应的光功率；MPU根据接收到的指令通过I2C总线将数据发送出去，若是设定频率相关，则数据发送到I2C数据处理模块，若是设定功率相关，则数据发送到数/模转换器；采用频率输入接口输入激光器25MHz的种子光频率信号；

25MHz频率信号输入到倍频模块后进行四倍频，产生100MHz的时钟信号，再输入到基频生成器，因皮秒激光器的重复频率一般在50kHz～1MHz，而基频不同对应的激光单脉冲能量也不同；I2C数据处理模块将MPU发送的数据处理进行识别，有基频参数、声光调制器一分频参数以及声光调制器二分频参数，若是基频参数则将数据发送到基频生成器，若是声光调制器一分频参数则将数据发送到分频模块一，若是声光调制器二分频参数则将数据发送到分频模块二；

基频参数发送到基频生成器后，对倍频模块产生的100MHz时钟信号进行分频，以产生所需的基频；基频生成器产生的基频信号和I2C数据处理模块输出的声光调制器一分频参数输入到分频模块后产生重复频率一，再输入到声光调制器一；基频生成器产生的基频信号和I2C数据处理模块输出的声光调制器二分频参数输入到分频模块二后产生重复频率二，再输入到声光调制器二；

模/数转换器接收MPU的激光功率数字量数据，然后转换成模拟量输出，模/数转换器的两个模拟量输出分别输入给声光调制器一和声光调制器二，改变声光调制器的衍射效率，从而改变激光功率。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

①本发明通过锁模激光自身频率作为时钟，实现系统输出频率和光信号的同步；

②以可编程逻辑门阵列FPGA为桥梁，采用参数设定方式实现对两路声光调制器重复频率设定，从而实现独立控制；进而实现了两路激光器的独立光功率控制；

③采用倍频技术将种子光频率进行倍频，再根据需要分频，不仅提高重复频率的精度，还保证了种子光和输出激光相位的一致性；

④通过参数设定方式实现基频、激光重复频率和光功率的变化，两路激光可以独立设定重复频率和功率，操作简单方便，电路设计结构简洁，成本低。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1：本发明控制电路的示意图；

图2：时钟产生和两路重复频率产生的时序波形示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，双路声光调制器的控制电路，包括MPU2、FPGA3以及数/模转换器7，FPGA3包含I2C数据处理模块301、I2C数据处理模块302、基频生成器303、分频模块一304和分频模块二305，通信接口1与MPU2的通信端相连，MPU2的I2C总线连接FPGA3输入引脚，进而连接到I2C数据处理模块301的总线端，MPU2的I2C总线连接到数/模转换器7的总线端；数/模转换器7的两路输出分别连接声光调制器一5的模拟输入脚和声光调制器二6的模拟输入脚；频率输入接口4连接到FPGA3的输入脚，进而连接到倍频模块301；倍频模块301的输出连接到基频生成器303的输入脚；I2C数据处理模块302的输出数据总线分别连接到基频生成器303的数据输入端口、分频模块一304的数据输入端口和分频模块二305的数据输入端口；基频生成器303的输出连接分频模块一304的输入端和分频模块二305的输入端；分频模块一304的输出连接声光调制器一5的输入端；分频模块二305的输出连接声光调制器二6的输入端。

MPU 2为意法半导体公司型号STM32F103的MPU，具有流水线指令集，执行速度快，硬件接口丰富。

数/模转换器7为ADI公司型号AD5647R的数/模转换器，带内部基准电压，14位精度，接口简单。

FPGA 3为Xilinx公司Spartan6系列型号XC6SLX4的FPGA，采用Xilinx公司自带的ISE软件，具有丰富库元件以及IP核，可以直接调用；I2C数据处理模块301、I2C数据处理模块302、基频生成器303、分频模块一304和分频模块二305为FPGA调用开发软件库元件中的I2C IP核、16位寄存器、数字时钟处理模块、16位计数器、多路选择器构建而成。

具体应用时，上位机通过通信接口1发送指令到MPU2，设定激光器的工作基频、两路激光的重复频率以及对应的光功率；MPU2根据接收到的指令通过I2C总线将数据发送出去，若是设定频率相关，则数据发送到I2C数据处理模块302，若是设定功率相关，则数据发送到数/模转换器7；本发明电路系统中并未采用晶振或其它时钟信号发生器来作为电路的时钟信号，而是采用频率输入接口4输入激光器25MHz的种子光频率信号，这样做是为了保证激光脉冲和系统时钟信号以及激光器的重复频率相位一致或者同步，若采用晶振作为系统时钟，随着工作时间推移会与光脉冲信号产生相位差，最终导致光功率不稳；

整个电路的桥梁部分是FPGA3，采用Xilinx公司的XC6SLX4，具有数字锁相环倍频模块、I2C接口模块等，而且数字输入和输出引脚多，并最高时钟速率可达220MHz；25MHz频率信号输入到倍频模块301后进行四倍频，产生100MHz的时钟信号，再输入到基频生成器303，因皮秒激光器的重复频率一般在50kHz～1MHz，而基频不同对应的激光单脉冲能量也不同；I2C数据处理模块302将MPU2发送的数据处理进行识别，有基频参数、声光调制器一分频参数以及声光调制器二分频参数，若是基频参数则将数据发送到基频生成器303，若是声光调制器一分频参数则将数据发送到分频模块一304，若是声光调制器二分频参数则将数据发送到分频模块二305；

基频参数发送到基频生成器303后，对倍频模块301产生的100MHz时钟信号进行分频，以产生所需的基频，由于是双路激光，并且用户会将两路激光设置成不同的重复频率，因此需要两个不同的分频器对基频信号再分频；基频生成器303产生的基频信号和I2C数据处理模块302输出的声光调制器一分频参数输入到分频模块304后产生重复频率一，再输入到声光调制器一5；基频生成器303产生的基频信号和I2C数据处理模块302输出的声光调制器二分频参数输入到分频模块二305后产生重复频率二，再输入到声光调制器二6；时钟产生和两路重复频率产生的时序波形如图2所示；

模/数转换器7接收MPU2的激光功率数字量数据，然后转换成模拟量输出，模/数转换器7的两个模拟量输出分别输入给声光调制器一5和声光调制器二6，改变声光调制器的衍射效率，从而改变激光功率。

通过锁模激光自身频率作为时钟，实现系统输出频率和光信号的同步。

以可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)为桥梁，采用参数设定方式实现对两路声光调制器(Acousto-optical Modulators，简称AOM)重复频率设定，从而实现独立控制。进而实现了两路激光器的独立光功率控制。

综上所述，本发明采用倍频技术将种子光频率进行倍频，再根据需要分频，不仅提高重复频率的精度，还保证了种子光和输出激光相位的一致性；同时，通过参数设定方式实现基频、激光重复频率和光功率的变化，两路激光可以独立设定重复频率和功率，操作简单方便，电路设计结构简洁，成本低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。