[0045] X＝KI-(eI-a+b)，其中I为泵浦源的工作电流；K、a、b为泵浦源的固有参数；功率越大，X越小；功率越小，X越大。
[0046] 根据本发明优选的，所述激光器的工作方法还包括输出电流控制模块对激光进行调整的步骤；
[0047] 6.1)输出电流控制模块根据触发信号的脉宽和频率对种子源工作的等效电流进行调整； 其中，t为触发信号的脉宽，f为触发信号的频率，IR为种子源工作电流的有效值，W为种子源输出功率，c和I0为种子源的固有参数；为保证种子源输出功率一致，创新的采用CPLD控制输出的等效电流IR，脉宽t越宽、触发信号的频率f越高，设定等效电流IR越小；脉宽越窄、频率越低，设定等效电流IR越大。
[0048] 6.2)输出电流控制模块对频率波动进行优化；根据方程i＝e-at+b将种子源的工作电流传输给数模转换器DAC，数模转换器DAC将模拟信号传输给运算放大器，运算放大器驱动种子源产生满足要求的种子光脉冲形状；其中，i为实时工作电流，t为时间，a、b为实验参数；由于外部信号可能对同步触发信号的频率造成影响；本发明根据光学放大的实验结果，通过控制程序的缓冲处理对频率波动进行优化，得到一种新的电流波形，以提高输出电流的稳定性。DAC和运算放大器属于种子的驱动电路，是本领域技术人员所熟知的。
[0049] 6.3)步骤6.1)中种子源的等效电流IR与步骤6.2)中所述实时工作电流i的对应关系如下：
[0050]
[0051] 根据本发明优选的，激光器上电后，异常检测模块检测激光器的温度，当激光器的温度超过规定温度时，异常检测模块切断激光器供电；当激光器工作在出光状态且功率大于设定值时，PD保护开启，异常检测模块实时监测激光器的出光状态；如果在出光状态时出光功率小于设定的功率，或没有激光输出，判定激光器异常，当异常状态维持的时间超过规定时间后，异常检测模块切断激光器电源。
[0052] 激光器工作时，如果激光器出现异常或有灰尘进入激光器内部，容易造成光纤烧断，对激光器本身、被加工物体以及操作人员都是很危险的。为避免上述情况的出现，本发明创新的加入了PD保护措施，当激光器处于出光状态时，PD将开启检测，并将检测到的信号实时传递给主控制程序，对当前的工作状态进行判断；当判定有异常发生时，需要及时切断激光器电源，避免意外的发生。
[0053] 进一步优选的，所述异常检测模块实时将激光器的工作状态信号以4位信号的形式反馈给上位机，上位机对激光器的工作状态进行判断；具体过程为，4位工作状态信号通过DB-25的11、12、16、21引脚传递给上位机；当4位工作状态信号为0001时，判定激光器工作正常；当4位工作状态信号为0000时，判定激光器温度过高；当四位工作状态信号为0010时，判定激光器出光状态异常；其他的4位信号为预留状态，用于系统后期扩展升级。
[0054] 根据本发明优选的，所述步骤3)中，串行数据与脉宽设置对应关系如下表所示：
[0055]
[0056]
[0057] 根据本发明优选的，所述步骤4)中PW信号与脉宽设置对应表：
[0058]
[0059] 本发明的有益效果为：
[0060] 1.本发明所述MOPA脉冲光纤激光器，通过优化种子源的脉冲形状，避免了传统激光器种子源脉冲形状而导致的脉冲前沿放大过快的情况，优化了激光器的输出特性；
[0061] 2.本发明所述MOPA脉冲光纤激光器，通过对触发信号进行消抖处理，避免变形和失真信号的干扰；另外，用户设置放大级激光器的功率，系统根据脉冲宽度和频率调节输出功率，实现对激光脉冲输出频率和脉宽的调节；
[0062] 3.本发明所述MOPA脉冲光纤激光器，脉冲形状可控，可以通过控制脉冲形状获得更优的加工效果，也可以根据用户需求来定制脉冲形状；能满足日益增长的金属表面加工行业的需求。
附图说明
[0063] 图1为主控芯片中DB-25接口的电路结构示意图；
[0064] 图2为本发明所述MOPA脉冲光纤激光器的工作状态流程图；
[0065] 图3为本发明所述输入信号处理模块对触发信号进行处理的工作流程图；
[0066] 图4为本发明所述脉宽设置模块更改触发信号的脉宽的工作流程图；
[0067] 图5为本发明所述频率检测模块对触发信号的频率进行检测的工作流程图；
[0068] 图6为本发明所述功率设置模块设置触发信号的功率的工作流程图；
[0069] 图7为本发明所述主控电路通过种子源板通信模块向种子源控制电路发送触发信号的工作流程图；
[0070] 图8为本发明所述异常检测模块对激光器的工作状态实时监测的工作流程图；
[0071] 图9为本发明所述输出电流控制模块对种子源控制电路的工作电流进行调整的工作流程图；
[0072] 图10为本发明所述出光状态控制模块控制切换激光器的工作状态的工作流程图。
[0073] 图11为本发明所述激光器的电路整体结构示意图。
具体实施方式
[0074] 下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0075] 实施例1
[0076] 如图1图2、图11所示。
[0077] 一种MOPA脉冲光纤激光器，包括分别与电源连接的主控板和种子源板；主控板和种子源板分别与泵浦源连接，主控板与种子源板连接；所述主控板上设置有主控芯片；所述种子源板上设置有种子源；所述主控芯片设置有DB-25接口；
[0078] DB-25接口功能定义如下表所示：
[0079]
[0080]
[0081] 当使用复用功能时，以上2、3、22引脚定义发生改变，具体如下表所示：
[0082]
[0083] 根据DB-25接口的控制协议，编写对应的程序，使激光器工作在用户设定的状态，同时将激光器的状态信号报告给上位机，保证安全性与可靠性。
[0084] 所述主控电路采用Lattice公司的MachXO2系列CPLD的LCMXO2-4000HC-4TG144I芯片，拥有资源充足(4320查找表)、输入输出引脚多(115个I/O)、传播延时短(7.24ns)、工作温度范围宽(-40℃～100℃)的优点，适合作为主控芯片；所述种子源控制电路采用了Altera公司的MAXⅡ系列CPLD的EPM240T100I5N芯片，拥有资源充足(192查找表)、输入输出引脚适中(80个I/O)、传播延时短(7.5ns)、工作温度范围宽(-40℃～100℃)的优点，适合作为附加电路的控制芯片。
[0085] 所述主控芯片设置有基于VHDL语言实现的基于CPLD的嵌入式控制系统。
[0086] 所述主控芯片包括，输入信号处理模块、频率检测模块、脉宽设置模块、功率设置模块、输出电流控制模块、种子源板通信模块、异常检测模块和状态控制模块。
[0087] 功率设置模块通过设置功率改变激光的功率；所述状态控制模块控制切换激光器的工作状态；所述激光器的工作状态包括，开机状态、关机状态、待机状态、报警不出光状态、预开启状态和出光状态；
[0088] 激光器电源工作时进入开机状态；
[0089] 激光器开机后，进入待机状态，进行初始化设置，初始化设置结束后，允许进入其他工作状态；
[0090] 当激光器探测到异常报警信息时，激光器进入报警不出光状态，发出报警信号，关闭激光输出；
[0091] 当激光器初始化结束且无异常报警信息时，激光器进入预开启状态；
[0092] 当18引脚的预开启信号有效时，激光器进入预开启状态，允许进入出光状态；
[0093] 当19引脚的功率开启信号有效时，激光器进入出光状态；
[0094] 当关闭激光器供电时，激光机进入关机状态。
[0095] 实施例2
[0096] 如实施例1所述的脉冲光纤激光器的工作方法，包括步骤如下：
[0097] 触发信号经过主控芯片后产生电脉冲，电脉冲控制种子板内的种子源产生一定脉宽和频率的种子光，种子光经过泵浦源放大后产生激光；主控芯片通过设置泵浦源的工作电流实现对激光功率的设置。
[0098] 1)将触发信号输入到DB-25的第20引脚，输入信号处理模块对触发信号进行处理；如果触发信号在保持时间内保持稳定，则判定触发信号为有效信号，将触发信号发送至频率检测模块进行频率检测；如果触发信号在保持时间内不能保持稳定，则判定触发信号为无效信号，等待下一个触发信号输入；如图3所示。
[0099] 由于设备本身的电源和空间耦合的干扰，上位机输出的触发信号经过传输线到达DB-25接口后会发生变形和失真，通过对信号进行处理确保系统工作在稳定状态。
[0100] 2)如图5所示。频率检测模块对触发信号的频率进行检测后输入脉宽设置模块；频率检测模块检测20引脚触发信号的频率；如果触发信号的频率低于最低保护频率，则种子光以最低保护频率输出；如果触发信号的输入频率高于最高保护频率，则种子光以最高保护频率输出；如果输入频率处于可用频率范围内时，种子光以用户设置的频率输出；如果20引脚无信号输入，频率检测模块将种子光的频率设置为默认值；其中，可用频率范围即处于最高保护频率与最低保护频率之间的频率；通过频率检测模块实现对种子光输出脉冲频率上下限的控制。
[0101] 3)如图4所示；脉宽设置模块更改种子光的脉宽；给DB-25的22引脚高电平信号，2、3引脚进入复用状态；DB-25读取2引脚和3引脚的串口信号；3引脚作为时钟信号，当3引脚的信号发生电平翻转时，读取2引脚的数据，同时对读取位数进行计数处理；由于可选择的脉宽数量繁多而接口数量有限，串行通信替代并口通信方式更改种子光的脉宽。
[0102] 串行数据与脉宽设置对应关系如下表所示：
[0103]
[0104] 读取2引脚数据的具体过程为，首先读取2引脚数据的校验码，并将读取的校验码与预设的校验码1010 0101 0000 0001进行对比验证，如果读取的校验码与预设的校验码一致，则校验码验证通过，开始读取校验码后的串行数据，否则继续读取校验码；直至校验码验证通过；
[0105] 当串行数据与预设的某一数据相符合时，脉宽设置模块将种子光的脉宽设置为对应值；在更改脉宽过程中，使能信号一直保持有效，脉宽更改完成后，使能信号变为低电平；使能信号一直保持有效，防止脉宽设置过程的中断。
[0106] 4)如图7所示。主控电路将脉宽设置模块处理后的脉宽信号以4位2进制数据的形式PW0-PW3传递给种子源板，同时传输一个同步触发信号；种子源板控制种子源产生与触发信号的频率同步的种子源；
[0107] PW信号与脉宽设置对应表：
[0108]
[0109] 5)如图6所示。功率设置模块设置激光的功率；通过DB-25的1引脚～8引脚设置激光的功率值，1引脚是最低有效位，8引脚是最高有效位；
[0110] 输出功率＝设置功率×C+X
[0111] 其中，X为功率线性化参数；C为功率参数；系统根据触发信号的脉宽和频率决定功率参数C。
[0112] 设置功率＝(D8×128+D7×64+D6×32+D5×16+D4×8+D3×4+D2×2+D1×1)/255×100％，即11111111对应的设置功率为100％，00000000对应的设置功率为0％；
[0113] 为了保证峰值功率的一致性，本发明创新地采用了功率连续调整方案。通过当前设定频率和脉宽控制功率大小。
[0114] 由于泵浦源的输出功率与电流的非线性对应关系，输出功率随着电流的增加呈现指数型增长，会给激光加工控制带来困难，难以预测具体输出功率大小；本发明创新地采用了功率补偿方式，在控制程序中预先制定功率线性化参数X，系统将根据功率设置值调整功率线性化参数X。
[0115] 当触发信号的频率f>PRF0时，C＝1；当触发信号的频率f
[0116] X＝KI-(eI-a+b)，其中I为泵浦源的工作电流；K、a、b为泵浦源的固有参数；功率越大，X越小；功率越小，X越大。
[0117] 本实施例，实现了脉冲宽度4-200ns、重复频率1KHz-1MHz、功率和脉冲精确控制的目标，工作稳定，完成了预期功能。
[0118] 实施例3
[0119] 如图9所示。
[0120] 如实施例2所述的脉冲光纤激光器的工作方法，进一步的，还包括输出电流控制模块对激光进行调整的步骤；
[0121] 6.1)输出电流控制模块根据触发信号的脉宽和频率对种子源工作的等效电流进行调整； 其中，t为触发信号的脉宽，f为触发信号的频率，IR为种子源的等效电流，W为种子源输出功率，c和I0为种子源的固有参数；为保证种子源输出功率一致，创新的采用CPLD控制输出的等效电流IR，脉宽t越宽、触发信号的频率f越高，设定等效电流IR越小；脉宽越窄、频率越低，设定等效电流IR越大。
[0122] 6.2)输出电流控制模块对频率波动进行优化；根据方程i＝e-at+b将种子源的工作电流传输给数模转换器DAC，数模转换器DAC将模拟信号传输给运算放大器，运算放大器驱动种子源产生满足要求的种子光脉冲形状；其中，i为实时工作电流，t为时间，a、b为实验参数；由于外部信号可能对同步触发信号的频率造成影响；本发明根据光学放大的实验结果，通过控制程序的缓冲处理对频率波动进行优化，得到一种新的电流波形，以提高输出电流的稳定性。DAC和运算放大器属于种子的驱动电路，是本领域技术人员所熟知的。
[0123] 6.3)步骤6.1)中种子源的等效电流IR与步骤6.2)中所述实时工作电流i的对应关系如下：
[0124]
[0125] 实施例4
[0126] 如图8所示。
[0127] 如实施例2所述的脉冲光纤激光器的工作方法，进一步的，激光器上电后，异常检测模块检测激光器的温度，当激光器的温度超过规定温度时，异常检测模块切断激光器供电；当激光器工作在出光状态且功率大于设定值时，PD保护开启，异常检测模块实时监测激光器的出光状态；如果在出光状态时出光功率小于设定的功率，或没有激光输出，判定激光器异常，当异常状态维持的时间超过规定时间后，异常检测模块切断激光器电源。
[0128] 激光器工作时，如果激光器出现异常或有灰尘进入激光器内部，容易造成光纤烧断，对激光器本身、被加工物体以及操作人员都是很危险的。为避免上述情况的出现，本发明创新的加入了PD保护措施，当激光器处于出光状态时，PD将开启检测，并将检测到的信号实时传递给主控制程序，对当前的工作状态进行判断；当判定有异常发生时，需要及时切断激光器电源，避免意外的发生。
[0129] 所述异常检测模块实时将激光器的工作状态信号以4位信号的形式反馈给上位机，上位机对激光器的工作状态进行判断；具体过程为，4位工作状态信号通过DB-25的11、12、16、21引脚传递给上位机；当4位工作状态信号为0001时，判定激光器工作正常；当4位工作状态信号为0000时，判定激光器温度过高；当四位工作状态信号为0010时，判定激光器出光状态异常；其他的4位信号为预留状态，用于系统后期扩展升级。
