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一种大功率光纤 激光器线性补偿的动态耦合控制装置及控制方法

阅读：649发布：2022-01-30

专利汇可以提供一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置及控制方法，包括电源控制系统、大直径光纤激光系统和动态耦合控制系统；所述动态耦合控制系统在算法的控制下对所述大直径光纤激光系统的控制系统进行动态耦合，加强了大直径光纤稳定线性输出和激光效应宽度的同时，保证了不因为光纤直径过大引起的光纤内部的本征模式数量上涨，提高了输出光束的光束质量。本发明可以加强光纤激光器的激光效应宽度，延长激光器线性准直的精度，同时利用动态耦合的方法减小光纤内部的本征模式的数量，提高光束质量。，下面是一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置及控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，包括电源控制系统、大直径光纤激光系统和动态耦合控制系统；
电源控制系统，控制大直径光纤激光系统的运行和补偿性的动态耦合控制系统的运行，保证二者在配合运行的过程中始终有足够的电源支持；
大直径光纤激光系统，通过使用大直径的光纤芯长，显著地提高了非线性效应的阈值，加宽了激光器稳定输出的线性范围，从而进一步增强了激光效应的宽度；
动态耦合控制系统，其特征在于，包括补偿性的动态耦合电路，所述补偿性的动态耦合电路包括第一耦合模块、第二耦合模块和第三耦合模块，针对大直径光纤运行过程中产生的本征模式数量的增加，通过增加基础耦合、电容耦合的动态补偿电路模块，减小了光束质量下降的副作用，加强了激光系统实现大功率输出的稳定激光衍射效应；
第一耦合模块，包括整流器U1、三极管Q1、三极管Q2、可调电阻RV1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电感L1，所述整流器U1的第二引脚分别与所述电阻R1的一端、所述可调电阻RV1的第一引脚、电压信号VCC连接，所述整流器U1的第一引脚与所述电阻R1的另一端均接地，所述可调电阻RV1的第三引脚分别与所述可调电阻RV1的第二引脚、所述电容C3的一端、所述电容C4的一端连接，所述电容C3的另一端分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电容C1的一端、所述电容C2的一端连接，所述电容C1的另一端分别与所述整流器U1的第三引脚、所述电阻R2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R2的另一端连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述二极管D1的正极、电压信号V1、所述三极管Q2的集电极、所述电阻R4的一端、所述电阻R6的一端连接，所述二极管D1的负极接地，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R4的另一端连接，所述电阻R6的另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与所述三极管Q2的基极、所述电感L1的一端、所述电阻R7的一端连接，所述电感L1的另一端与所述电阻R7的另一端连接；
第二耦合模块，包括时钟信号CLK1、集成芯片U3、运算放大器U4、三极管Q3、三极管Q4、热敏电阻VR1、二极管D2、电感L2、电感L3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C5、电容C6和电容C7，所述时钟信号CLK1的输出端与所述集成芯片U3的第七引脚连接，所述集成芯片U3的第九引脚与所述集成芯片U3的第六引脚均接地，所述集成芯片U3的第四引脚与所述电容C7的一端连接，所述电容C7的另一端与所述集成芯片U3的第三引脚连接，所述集成芯片U3的第五引脚与所述电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端接地，所述集成芯片U3的第二引脚分别与所述热敏电阻VR1的一端、所述三极管Q4的集电极连接，所述热敏电阻VR1的另一端分别与所述运算放大器U4的第三引脚、所述电阻R10的一端、电压信号V2、所述电容C6的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述运算放大器U4的第一引脚连接，所述运算放大器U4的第四引脚与所述运算放大器U4的第八引脚均为断路，所述运算放大器U4的第二引脚与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端分别与所述电容C6的另一端、所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述二极管D2的负极连接，所述电阻R9的另一端与所述三极管Q4的发射极连接，所述三极管Q4的基极分别与所述电容C5的一端、所述电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与所述电容C5的另一端、所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的基极与电压信号VREF连接，所述三极管Q3的发射极与所述二极管D2的正极连接；
第三耦合模块，包括变压器TR1、光隔离器IRL1、整流器U2、集成芯片U5、热敏电阻VR2、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电感L4、MOS管Q5、三极管Q6、三极管Q7、二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述热敏电阻VR2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述电容C8的一端、所述电阻R15的一端、电压信号VCC连接，所述电容C8的另一端接地，所述电阻R15的另一端与所述变压器TR1的第一引脚连接，所述热敏电阻VR2的另一端分别与所述电阻R12的一端、所述三极管Q6的基极连接，所述电阻R13的另一端分别与所述电阻R14的一端、所述二极管D3的正极、所述电容C9的一端连接，所述电阻R12的另一端与所述电阻R14的另一端连接，所述二极管D3的负极与所述电容C9的另一端、所述电感L4的一端均接地，所述电感L4的另一端与所述三极管Q6的发射极连接，所述三极管Q6的集电极与所述变压器TR1的第二引脚连接，所述变压器TR1的第三引脚分别与所述电阻R16的一端、所述三极管Q7的基极连接，所述电阻R16的另一端与所述光隔离器IRL1的一端连接，所述变压器TR1的第四引脚与所述电容C10的一端连接，所述电容C10的另一端与所述三极管Q7的集电极连接，所述光隔离器IRL1的另一端分别与所述二极管D5的正极、所述整流器U2的正极连接，所述二极管D5的负极分别与所述MOS管Q5的D极、所述二极管D4的正极、所述集成芯片U5的第四引脚、所述集成芯片U5的第五引脚、电压信号V3连接，所述二极管D4的负极接地，所述整流器U2的负极分别与所述整流器U2的参考端、所述MOS管Q5的G极、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R17的另一端分别与所述三极管Q7的集电极、所述电容C11的一端、所述电容C12的一端连接，所述电容C11的另一端分别与所述MOS管Q5的S极、所述电容C12的另一端连接，所述集成芯片U5的第一引脚与所述集成芯片U5的第二引脚均与电压信号V1连接，所述集成芯片U5的第六引脚与电压信号VOUT连接，所述集成芯片U5的第三引脚与所述电容C13的一端均接地，所述电容C13的另一端与所述集成芯片U5的第八引脚连接，所述集成芯片U5的第七引脚与电压信号V2连接，所述集成芯片U5的第九引脚分别与所述集成芯片U5的第十引脚、所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，其特征在于，所述集成芯片U3的型号是10130，在所述时钟信号CLK1的控制下进行周期性电流信号输出，控制第二耦合模块的阻容耦合支路运行，提高低频性。
3.根据权利要求1所述的一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，其特征在于，所述变压器TR1是一种四引脚的变压线圈，通过连接输入和输出端之间的负载实现阻抗变换，保证直流的前后极相互隔离，进一步减少支路电流噪声干扰。
4.根据权利要求1所述的一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，其特征在于，所述光隔离器IRL1的型号是IRLINK，内部进行电流光转换实现无干扰的光电变换，进一步利用光敏效应实现电流输出，隔离电气，抑制干扰。
5.根据权利要求1所述的一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，其特征在于，所述二极管D5是发光二极管，在支路输出电流的控制下，对过大电流输出量进行发光警示。
6.根据权利要求1所述的一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，其特征在于，所述集成芯片U5的型号是LTC3026，通过对电压信号V1、电压信号V2、电压信号V3进行输入管理，在算法控制下调整三种动态耦合方式的电压信号强度，加强动态耦合补偿度。
7.基于权利要求1至6任一项所述的大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置的控制方法，其特征在于，包括随机光束分解耦合方法，通过对大直径光纤的输出光束进行光束分解，使用优化算法进行时变性能的曲线刻画，从而得到变量初值的恒值因子K，根据所述恒值因子K的范围确定动态耦合模式的结合模式；
步骤1、使用随机并行梯度下降算法对大直径光束的输出光束进行光束分解；
步骤2、对光束分解后的时变光束性能进行曲线刻画，计算恒值因子K；
步骤21、对输出光束进行分解，完成光束性能的曲线刻画，根据曲线分解模式，得到曲线分解模式种类m的具体数值；
步骤22、以测得输出光束的模型的高斯光束为准，计算恒值因子K，具体公式为：
K＝m*e*输出光束的模型的高斯光束的束腰宽度*远场发射角/理想模型高斯光束的束腰宽度/理想模型高斯光束的远场发射角；
其中，e是理想系数，具体计算公式为：e＝输出光束的模型的高斯光束的束腰宽度/同功率小直径光纤输出光束的束腰宽度；
步骤23、根据恒值因子K的范围调整三种耦合方式的动态组合。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述恒值因子K的数值会根据输出光束的光束亮度、准直度和聚合度发生上下浮动，动态耦合方式可以对相应的功能进行调整，从而使得输出光束的本征模式数量下降，加强激光光束的光束质量。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述曲线分解模式种类m的大小是决定所述恒值因子K的数值的一个重要因素，由于大直径光纤的包层光较大，产生的数值孔径会比纤芯中的信号光大很多，所以对输出光束的信号质量会产生不可忽视的影响。

说明书全文

一种大功率光纤 激光器线性补偿的动态耦合控制装置及控制

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种耦合控制技术，尤其是一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置。

背景技术

[0002] 激光技术自问世以来，发展就十分迅速，受到许多国家和地区的极大重视，我国在激光技术研究上也投入了很多的人力和财力。近两年来，因为激光技术在高科技领域中的使用率的不断提高，对激光技术的控制水平也在不断提升。

[0003] 目前使用较多的几个种类分别是：气体激光、准分子激光、半导体激光和光纤激光。其中，光纤激光因为光束质量好、效率高、阈值低、结构紧凑等优点，在光通讯、光传感和激光医疗、工业加工、航空航天等领域得到了广泛的应用，逐渐成为激光领域研究的一个重要热点。小直径光纤因为激光光束的聚合度高，线性度好这些优点，使用的场所很多。

[0004] 但是小直径光纤的线性范围较低，无法完成大功率的光束传导。为了加强光纤激光器的使用优势，可以利用大直径的光纤对激光器进行进一步地改造，准确地提高激光光束的线性度范围，进一步对因此带来的输出光束的光束质量下降的问题进行调整，从而整体上增强光纤激光器的线性准直范围和输出光束的质量。

发明内容

[0005] 发明目的：提供一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，以解决上述问题。

[0006] 技术方案：一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，包括电源控制系统、大直径光纤激光系统和动态耦合控制系统；

[0007] 电源控制系统，控制大直径光纤激光系统的运行和补偿性的动态耦合控制系统的运行，保证二者在配合运行的过程中始终有足够的电源支持；

[0008] 大直径光纤激光系统，通过使用大直径的光纤芯长，显著地提高了非线性效应的阈值，加宽了激光器稳定输出的线性范围，从而进一步增强了激光效应的宽度；

[0009] 动态耦合控制系统，其特征在于，包括补偿性的动态耦合电路，所述补偿性的动态耦合电路包括第一耦合模块、第二耦合模块和第三耦合模块，针对大直径光纤运行过程中产生的本征模式数量的增加，通过增加基础耦合、电容耦合的动态补偿电路模块，减小了光束质量下降的副作用，加强了激光系统实现大功率输出的稳定激光衍射效应；

[0010] 第一耦合模块，包括整流器U1、三极管Q1、三极管Q2、可调电阻RV1、二极管 D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电感L1，所述整流器U1的第二引脚分别与所述电阻R1 的一端、所述可调电阻RV1的第一引脚、电压信号VCC连接，所述整流器U1的第一引脚与所述电阻R1的另一端均接地，所述可调电阻RV1的第三引脚分别与所述可调电阻RV1的第二引脚、所述电容C3的一端、所述电容C4的一端连接，所述电容C3的另一端分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电容C1的一端、所述电容C2的一端连接，所述电容C1的另一端分别与所述整流器U1的第三引脚、所述电阻R2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R2的另一端连接，所述三极管 Q1的集电极分别与所述二极管D1的正极、电压信号V1、所述三极管Q2的集电极、所述电阻R4的一端、所述电阻R6的一端连接，所述二极管D1的负极接地，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R4的另一端连接，所述电阻R6的另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与所述三极管Q2的基极、所述电感L1的一端、所述电阻R7的一端连接，所述电感L1的另一端与所述电阻R7的另一端连接；

[0011] 第二耦合模块，包括时钟信号CLK1、集成芯片U3、运算放大器U4、三极管Q3、三极管Q4、热敏电阻VR1、二极管D2、电感L2、电感L3、电阻R8、电阻R9、电阻 R10、电阻R11、电容C5、电容C6和电容C7，所述时钟信号CLK1的输出端与所述集成芯片U3的第七引脚连接，所述集成芯片U3的第九引脚与所述集成芯片U3的第六引脚均接地，所述集成芯片U3的第四引脚与所述电容C7的一端连接，所述电容C7的另一端与所述集成芯片U3的第三引脚连接，所述集成芯片U3的第五引脚与所述电感L3 的一端连接，所述电感L3的另一端接地，所述集成芯片U3的第二引脚分别与所述热敏电阻VR1的一端、所述三极管Q4的集电极连接，所述热敏电阻VR1的另一端分别与所述运算放大器U4的第三引脚、所述电阻R10的一端、电压信号V2、所述电容C6 的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述运算放大器U4的第一引脚连接，所述运算放大器U4的第四引脚与所述运算放大器U4的第八引脚均为断路，所述运算放大器U4 的第二引脚与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端分别与所述电容C6的另一端、所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述二极管D2的负极连接，所述电阻R9的另一端与所述三极管Q4的发射极连接，所述三极管Q4的基极分别与所述电容C5的一端、所述电阻R8的一端连接，所述电阻 R8的另一端分别与所述电容C5的另一端、所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管 Q3的基极与电压信号VREF连接，所述三极管Q3的发射极与所述二极管D2的正极连接；

[0012] 第三耦合模块，包括变压器TR1、光隔离器IRL1、整流器U2、集成芯片U5、热敏电阻VR2、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电感L4、MOS管Q5、三极管Q6、三极管Q7、二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述热敏电阻VR2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述电容C8的一端、所述电阻R15的一端、电压信号 VCC连接，所述电容C8的另一端接地，所述电阻R15的另一端与所述变压器TR1的第一引脚连接，所述热敏电阻VR2的另一端分别与所述电阻R12的一端、所述三极管 Q6的基极连接，所述电阻R13的另一端分别与所述电阻R14的一端、所述二极管D3 的正极、所述电容C9的一端连接，所述电阻R12的另一端与所述电阻R14的另一端连接，所述二极管D3的负极与所述电容C9的另一端、所述电感L4的一端均接地，所述电感L4的另一端与所述三极管Q6的发射极连接，所述三极管Q6的集电极与所述变压器TR1的第二引脚连接，所述变压器TR1的第三引脚分别与所述电阻R16的一端、所述三极管Q7的基极连接，所述电阻R16的另一端与所述光隔离器IRL1的一端连接，所述变压器TR1的第四引脚与所述电容C10的一端连接，所述电容C10的另一端与所述三极管Q7的集电极连接，所述光隔离器IRL1的另一端分别与所述二极管D5的正极、所述整流器U2的正极连接，所述二极管D5的负极分别与所述MOS管Q5的D极、所述二极管D4的正极、所述集成芯片U5的第四引脚、所述集成芯片U5的第五引脚、电压信号V3连接，所述二极管D4的负极接地，所述整流器U2的负极分别与所述整流器 U2的参考端、所述MOS管Q5的G极、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R17的另一端分别与所述三极管Q7的集电极、所述电容C11的一端、所述电容C12的一端连接，所述电容C11的另一端分别与所述MOS管Q5的S极、所述电容C12的另一端连接，所述集成芯片U5的第一引脚与所述集成芯片U5的第二引脚均与电压信号V1连接，所述集成芯片U5的第六引脚与电压信号VOUT连接，所述集成芯片U5的第三引脚与所述电容C13的一端均接地，所述电容C13的另一端与所述集成芯片U5的第八引脚连接，所述集成芯片U5的第七引脚与电压信号V2连接，所述集成芯片U5的第九引脚分别与所述集成芯片U5的第十引脚、所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端接地。

[0013] 根据本发明的一个方面，所述集成芯片U3的型号是10130，在所述时钟信号CLK1 的控制下进行周期性电流信号输出，控制第二耦合模块的阻容耦合支路运行，提高低频性。

[0014] 根据本发明的一个方面，所述变压器TR1是一种四引脚的变压线圈，通过连接输入和输出端之间的负载实现阻抗变换，保证直流的前后极相互隔离，进一步减少支路电流噪声干扰。

[0015] 根据本发明的一个方面，所述光隔离器IRL1的型号是IRLINK，内部进行电流光转换实现无干扰的光电变换，进一步利用光敏效应实现电流输出，隔离电气，抑制干扰。

[0016] 根据本发明的一个方面，所述二极管D5是发光二极管，在支路输出电流的控制下，对过大电流输出量进行发光警示。

[0017] 根据本发明的一个方面，所述集成芯片U5的型号是LTC3026，通过对电压信号V1、电压信号V2、电压信号V3进行输入管理，在算法控制下调整三种动态耦合方式的电压信号强度，加强动态耦合补偿度。

[0018] 一种基于上述大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置的控制方法，包括一种随机光束分解耦合方法，通过对大直径光纤的输出光束进行光束分解，使用优化算法进行时变性能的曲线刻画，从而得到变量初值的恒值因子K，根据所述恒值因子K的范围确定动态耦合模式的结合模式；

[0019] 步骤1、使用随机并行梯度下降算法对大直径光束的输出光束进行光束分解；

[0020] 步骤2、对光束分解后的时变光束性能进行曲线刻画，计算恒值因子K；

[0021] 步骤21、对输出光束进行分解，完成光束性能的曲线刻画，根据曲线分解模式，得到曲线分解模式种类m的具体数值；

[0022] 步骤22、以测得输出光束的模型的高斯光束为准，计算恒值因子K，具体公式为：

[0023] K＝m*e*输出光束的模型的高斯光束的束腰宽度*远场发射角/理想模型高斯光束的束腰宽度/理想模型高斯光束的远场发射角；

[0024] 其中，e是理想系数，具体计算公式为：e＝输出光束的模型的高斯光束的束腰宽度/ 同功率小直径光纤输出光束的束腰宽度；

[0025] 步骤23、根据恒值因子K的范围调整三种耦合方式的动态组合。

[0026] 根据本发明的一个方面，所述恒值因子K的数值会根据输出光束的光束亮度、准直度和聚合度发生上下浮动，动态耦合方式可以对相应的功能进行调整，从而使得输出光束的本征模式数量下降，加强激光光束的光束质量。

[0027] 根据本发明的一个方面，所述曲线分解模式种类m的大小是决定所述恒值因子K 的数值的一个重要因素，由于大直径光纤的包层光较大，产生的数值孔径会比纤芯中的信号光大很多，所以对输出光束的信号质量会产生不可忽视的影响。

[0028] 有益效果：本发明能够解决现有的技术中小直径光纤激光器激光光束的线性范围狭窄的问题，通过使用大直径的光纤激光器，增强了激光光束的线性输出范围和激光效应宽度；同时算法控制的动态耦合系统加强了对大直径光纤的输出光束的光束质量控制，减少了光纤内部的本征模式的数量，加强了激光光束的质量。附图说明

[0029] 图1是本发明的系统控制框图。

[0030] 图2是本发明的补偿性的动态耦合电路的原理图。

[0031] 图2(a)是本发明的补偿性的动态耦合电路的第一耦合模块电路图。

[0032] 图2(b)是本发明的补偿性的动态耦合电路的第二耦合模块电路图。

[0033] 图2(c)是本发明的补偿性的动态耦合电路的第三耦合模块电路图。

具体实施方式

[0034] 如图1所示，在该实施例中，一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，包括电源控制系统、大直径光纤激光系统和动态耦合控制系统；

[0035] 电源控制系统，控制大直径光纤激光系统的运行和补偿性的动态耦合控制系统的运行，保证二者在配合运行的过程中始终有足够的电源支持；

[0036] 大直径光纤激光系统，通过使用大直径的光纤芯长，显著地提高了非线性效应的阈值，加宽了激光器稳定输出的线性范围，从而进一步增强了激光效应的宽度；

[0037] 动态耦合控制系统，如图2所示，其特征在于，包括补偿性的动态耦合电路，所述补偿性的动态耦合电路包括第一耦合模块、第二耦合模块和第三耦合模块，针对大直径光纤运行过程中产生的本征模式数量的增加，通过增加基础耦合、电容耦合的动态补偿电路模块，减小了光束质量下降的副作用，加强了激光系统实现大功率输出的稳定激光衍射效应；

[0038] 如图2(a)所示，第一耦合模块，包括整流器U1、三极管Q1、三极管Q2、可调电阻RV1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电感L1，所述整流器U1的第二引脚分别与所述电阻R1的一端、所述可调电阻RV1的第一引脚、电压信号VCC连接，所述整流器U1的第一引脚与所述电阻R1的另一端均接地，所述可调电阻RV1的第三引脚分别与所述可调电阻RV1的第二引脚、所述电容C3的一端、所述电容C4的一端连接，所述电容C3的另一端分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电容C1的一端、所述电容C2的一端连接，所述电容C1的另一端分别与所述整流器 U1的第三引脚、所述电阻R2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R2的另一端连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述二极管D1的正极、电压信号V1、所述三极管Q2的集电极、所述电阻R4的一端、所述电阻R6的一端连接，所述二极管D1 的负极接地，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R4的另一端连接，所述电阻R6的另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与所述三极管Q2的基极、所述电感L1的一端、所述电阻R7的一端连接，所述电感L1的另一端与所述电阻R7 的另一端连接；

[0039] 如图2(b)所示，第二耦合模块，包括时钟信号CLK1、集成芯片U3、运算放大器U4、三极管Q3、三极管Q4、热敏电阻VR1、二极管D2、电感L2、电感L3、电阻 R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C5、电容C6和电容C7，所述时钟信号CLK1 的输出端与所述集成芯片U3的第七引脚连接，所述集成芯片U3的第九引脚与所述集成芯片U3的第六引脚均接地，所述集成芯片U3的第四引脚与所述电容C7的一端连接，所述电容C7的另一端与所述集成芯片U3的第三引脚连接，所述集成芯片U3的第五引脚与所述电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端接地，所述集成芯片U3的第二引脚分别与所述热敏电阻VR1的一端、所述三极管Q4的集电极连接，所述热敏电阻VR1 的另一端分别与所述运算放大器U4的第三引脚、所述电阻R10的一端、电压信号V2、所述电容C6的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述运算放大器U4的第一引脚连接，所述运算放大器U4的第四引脚与所述运算放大器U4的第八引脚均为断路，所述运算放大器U4的第二引脚与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端分别与所述电容C6的另一端、所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述二极管D2的负极连接，所述电阻R9的另一端与所述三极管Q4的发射极连接，所述三极管Q4的基极分别与所述电容C5的一端、所述电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与所述电容C5的另一端、所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的基极与电压信号VREF连接，所述三极管Q3的发射极与所述二极管 D2的正极连接；

[0040] 如图2(c)所示，第三耦合模块，包括变压器TR1、光隔离器IRL1、整流器U2、集成芯片U5、热敏电阻VR2、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电感L4、MOS管Q5、三极管Q6、三极管Q7、二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述热敏电阻VR2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述电容C8的一端、所述电阻 R15的一端、电压信号VCC连接，所述电容C8的另一端接地，所述电阻R15的另一端与所述变压器TR1的第一引脚连接，所述热敏电阻VR2的另一端分别与所述电阻R12 的一端、所述三极管Q6的基极连接，所述电阻R13的另一端分别与所述电阻R14的一端、所述二极管D3的正极、所述电容C9的一端连接，所述电阻R12的另一端与所述电阻R14的另一端连接，所述二极管D3的负极与所述电容C9的另一端、所述电感L4 的一端均接地，所述电感L4的另一端与所述三极管Q6的发射极连接，所述三极管Q6 的集电极与所述变压器TR1的第二引脚连接，所述变压器TR1的第三引脚分别与所述电阻R16的一端、所述三极管Q7的基极连接，所述电阻R16的另一端与所述光隔离器 IRL1的一端连接，所述变压器TR1的第四引脚与所述电容C10的一端连接，所述电容 C10的另一端与所述三极管Q7的集电极连接，所述光隔离器IRL1的另一端分别与所述二极管D5的正极、所述整流器U2的正极连接，所述二极管D5的负极分别与所述MOS 管Q5的D极、所述二极管D4的正极、所述集成芯片U5的第四引脚、所述集成芯片 U5的第五引脚、电压信号V3连接，所述二极管D4的负极接地，所述整流器U2的负极分别与所述整流器U2的参考端、所述MOS管Q5的G极、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R17的另一端分别与所述三极管Q7的集电极、所述电容C11的一端、所述电容C12的一端连接，所述电容C11的另一端分别与所述MOS管Q5的S极、所述电容C12的另一端连接，所述集成芯片U5的第一引脚与所述集成芯片U5的第二引脚均与电压信号V1连接，所述集成芯片U5的第六引脚与电压信号VOUT连接，所述集成芯片U5的第三引脚与所述电容C13的一端均接地，所述电容C13的另一端与所述集成芯片U5的第八引脚连接，所述集成芯片U5的第七引脚与电压信号V2连接，所述集成芯片U5的第九引脚分别与所述集成芯片U5的第十引脚、所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端接地。

[0041] 在进一步的实施例中，所述集成芯片U3的型号是10130，在所述时钟信号CLK1 的控制下进行周期性电流信号输出，控制第二耦合模块的阻容耦合支路运行，提高低频性。

[0042] 在进一步的实施例中，所述变压器TR1是一种四引脚的变压线圈，通过连接输入和输出端在进一步的实施例中，之间的负载实现阻抗变换，保证直流的前后极相互隔离，进一步减少支路电流噪声干扰。

[0043] 在进一步的实施例中，所述光隔离器IRL1的型号是IRLINK，内部进行电流光转换实现无干扰的光电变换，进一步利用光敏效应实现电流输出，隔离电气，抑制干扰。

[0044] 在进一步的实施例中，所述二极管D5是发光二极管，在支路输出电流的控制下，对过大电流输出量进行发光警示。

[0045] 在进一步的实施例中，所述集成芯片U5的型号是LTC3026，通过对电压信号V1、电压信号V2、电压信号V3进行输入管理，在算法控制下调整三种动态耦合方式的电压信号强度，加强动态耦合补偿度。

[0046] 一种随机光束分解耦合方法，通过对大直径光纤的输出光束进行光束分解，使用优化算法进行时变性能的曲线刻画，从而得到变量初值的恒值因子K，根据所述恒值因子 K的范围确定动态耦合模式的结合模式；

[0047] 步骤1、使用随机并行梯度下降算法对大直径光束的输出光束进行光束分解；

[0048] 步骤2、对光束分解后的时变光束性能进行曲线刻画，计算恒值因子K；

[0049] 步骤21、对输出光束进行分解，完成光束性能的曲线刻画，根据曲线分解模式，得到曲线分解模式种类m的具体数值；

[0050] 步骤22、以测得输出光束的模型的高斯光束为准，计算恒值因子K，具体公式为：

[0051] K＝m*e*输出光束的模型的高斯光束的束腰宽度*远场发射角/理想模型高斯光束的束腰宽度/理想模型高斯光束的远场发射角；

[0052] 其中，e是理想系数，具体计算公式为：e＝输出光束的模型的高斯光束的束腰宽度/ 同功率小直径光纤输出光束的束腰宽度；

[0053] 步骤23、根据恒值因子K的范围调整三种耦合方式的动态组合。

[0054] 在进一步的实施例中，所述恒值因子K的数值会根据输出光束的光束亮度、准直度和聚合度发生上下浮动，动态耦合方式可以对相应的功能进行调整，从而使得输出光束的本征模式数量下降，加强激光光束的光束质量。

[0055] 在更进一步的实施例中，第一耦合模块是直接耦合的模式，线性度较低，传送速率高；第二耦合模块是电容耦合模式，低频效应高；第三耦合模块是变压器耦合的模式，耦合的线性度很高，传送速率低，但对光束的分解精细，有利于进一步解读光束内部的本征模式数量。

[0056] 在进一步的实施例中，所述曲线分解模式种类m的大小是决定所述恒值因子K的数值的一个重要因素，由于大直径光纤的包层光较大，产生的数值孔径会比纤芯中的信号光大很多，所以对输出光束的信号质量会产生不可忽视的影响。

[0057] 总之，本发明具有以下优点：通过使用大直径的光纤进行激光光束输出，增大了激光的线性范围和激光效应的准确宽度；通过对输出光束的恒值因子进行计算，进一步控制动态耦合的结合方式，加强了光纤内部的本征模式的数量的控制，从而加强了激光光束的质量，提高了激光光束的线性准直度。

[0058] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

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