本发明属于固体激光控制，具体涉及一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法及系统。
背景技术：
1、最佳光束质量不仅意味着更高的传输效率和更少的能量损失，它更是许多高精度应用的核心，在工业领域，例如激光切割、焊接和打标，高质量光束的精确聚焦能力是实现高效、高质量加工的关键，这种精确性可以显著提高工作效率，减少材料浪费，并提升整体加工质量；
2、然而，随着光束质量的提升也面临着新的挑战，尤其是在大功率泵浦条件下，激光输出光束的光束质量受到热效应的严重影响，热效应在光束传播过程中是不可避免的物理现象，它会导致激光介质内部温度分布的不均匀，进而引起介质折射率的变化，这种折射率的变化会直接影响光束的传播特性，使其发生发散，降低光束的准直性；
3、为了解决激光带来的热效应的问题，当前的技术手段大多是在谐振腔内加入专门的光学器件，用于对光束的模式进行选择以及对像差进行校正，这些光学器件的引入虽然在一定程度上能够改善光束质量，但同时也增加了激光器的复杂性和潜在故障点，从而降低了激光系统的稳定性，还可能增加维护成本。
技术实现思路
1、本发明的目的就在于解决光学器件增加了激光器的复杂性和潜在故障点，从而降低了激光系统的稳定性，还可能增加维护成本的问题，而提出一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法及系统。
2、在本发明实施的第一方面，首先提出一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法，所述方法包括:
3、启动降温系统，模拟出启动所述降温系统后增益介质的第一温度变化曲线；
4、确定所述第一温度变化曲线中所述增益介质的温度在光束发射周期内超过所述预设形变温度的时刻，得到形变时刻；所述光束发射周期为固体激光器中泵浦产生的光束通过所述增益介质所需要的时间；
5、获取该形变时刻前一个光束发射周期所对应的时刻记为准备时刻，获取该准备时刻对应的泵浦运行参数；
6、根据泵浦运行参数和所述增益介质在不同温度下对应的折射率分布模拟出振荡光场；
7、根据所述振荡光场，得到所述增益介质在不同温度下对应的最佳泵浦功率和泵浦产生的光束半径，以所述增益介质在不同温度下对应的最佳泵浦功率和泵浦产生的光束半径，对目标泵浦进行调整得到最佳光束质量。
8、可选的，启动降温系统之前包括：
9、实时监控固体激光器中增益介质的温度，并绘制所述增益介质的温度变化曲线；
10、根据冷却周期和所述温度变化曲线得到所述增益介质的响应温度；所述冷却周期为所述增益介质对应冷却系统的最短执行时间段；所述响应温度为冷却系统启动时的温度；
11、若所述增益介质的温度超过所述响应温度，则启动降温系统。
12、可选的，确定所述第一温度变化曲线中所述增益介质的温度在光束发射周期内超过所述预设形变温度的时刻，得到形变时刻包括：
13、根据当前时间前的历史温度数据和所述温度变化曲线，拟合出所述增益介质在当前时刻的下一个冷却周期的目标温度变化曲线；
14、若所述目标温度变化曲线中存在温度大于所述预设形变温度，则获取离所述预设形变温度最近且温度小于所述预设形变温度所对应的时刻记为形变时刻。
15、可选的，根据所述泵浦运行参数和增益介质在不同温度下对应的折射率分布模拟出振荡光场包括：
16、以所述泵浦运行参数生成泵浦光线，并根据所述泵浦光线分布得到泵浦光场；
17、针对所述泵浦光场中的每条泵浦光线都分配对应的伴随光线，并将该泵浦光线与该泵浦光线对应的伴随光线记为射线对；每一射线对中的泵浦光线和伴随光线都满足起点在同一平面中且不重合、光线相互平行，长度相等；
18、获取所述增益介质在所述预设形变温度时对应的折射率分布，通过光线追踪得到每一射线对在所述增益介质中的折射光线轨迹；
19、根据每一射线对的折射光线轨迹得到所有射线对折射后形成的光束半径；
20、若所述光束半径大小与所述泵浦光场中光束半径大小的比值未超过预设阈值，则获取每一射线对中泵浦光线和伴随光线在发射时的初始间距和离开所述增益介质时的目标间距；
21、根据初始间距和目标间距得到所述泵浦光场光束通过增益介质后的光强，根据所述光强更改泵浦的工作功率，直到所述光束半径大小与所述泵浦光场中光束半径大小的比值超过预设阈值。
22、可选的，根据初始间距和目标间距得到所述泵浦光场光束通过增益介质后的光强包括：
23、通过公式得到光束通过增益介质后的光强；
24、其中，i为光束通过所述增益介质后的光强，i0为光束在所述泵浦光场时的光强，r0为每一射线对的平均初始间距，ri为任一射线对的目标间距，n为射线对个数。
25、在本发明实施的第二方面，提出一种基于热效应的固体激光器光束质量控制系统，所述系统包括第一温度变化模块、形变时刻确定模块、准备时刻确定模块、振荡光场模拟模块和最佳光束质量调整模块：
26、所述第一温度变化模块，用于启动降温系统，模拟出启动所述降温系统后增益介质的第一温度变化曲线；
27、所述形变时刻确定模块，用于确定所述第一温度变化曲线中所述增益介质的温度在光束发射周期内超过所述预设形变温度的时刻，得到形变时刻；所述光束发射周期为固体激光器中泵浦产生的光束通过所述增益介质所需要的时间；
28、所述准备时刻确定模块，用于获取该形变时刻前一个光束发射周期所对应的时刻记为准备时刻，获取该准备时刻对应的泵浦运行参数；
29、所述振荡光场模拟模块，用于根据泵浦运行参数和所述增益介质在不同温度下对应的折射率分布模拟出振荡光场；
30、所述最佳光束质量调整模块，用于根据所述振荡光场，得到所述增益介质在不同温度下对应的最佳泵浦功率和泵浦产生的光束半径，以所述增益介质在不同温度下对应的最佳泵浦功率和泵浦产生的光束半径，对目标泵浦进行调整得到最佳光束质量。
31、可选的，所述系统还包括增益介质温度监控模块、响应温度确定模块和降温系统启动模块：
32、所述增益介质温度监控模块，用于实时监控固体激光器中增益介质的温度，并绘制所述增益介质的温度变化曲线；
33、所述响应温度确定模块，用于根据冷却周期和所述温度变化曲线得到所述增益介质的响应温度；所述冷却周期为所述增益介质对应冷却系统的最短执行时间段；所述响应温度为冷却系统启动时的温度；
34、所述降温系统启动模块，用于若所述增益介质的温度超过所述响应温度，则启动降温系统。
35、可选的，所述形变时刻确定模块还包括目标温度变化曲线模块和形变时刻获取模块：
36、所述目标温度变化曲线模块，用于根据当前时间前的历史温度数据和所述温度变化曲线，拟合出所述增益介质在当前时刻的下一个冷却周期的目标温度变化曲线；
37、所述形变时刻获取模块，用于若所述目标温度变化曲线中存在温度大于所述预设形变温度，则获取离所述预设形变温度最近且温度小于所述预设形变温度所对应的时刻记为形变时刻。
38、可选的，所述振荡光场模拟模块还包括泵浦光线生成模块、射线对确定模块、折射光线轨迹确定模块、光束半径确定模块、光束半径对比模块和泵浦工作功率更改模块：
39、所述泵浦光线生成模块，用于以所述泵浦运行参数生成泵浦光线，并根据所述泵浦光线分布得到泵浦光场；
40、所述射线对确定模块，用于针对所述泵浦光场中的每条泵浦光线都分配对应的伴随光线，并将该泵浦光线与该泵浦光线对应的伴随光线记为射线对；每一射线对中的泵浦光线和伴随光线都满足距离在预设范围内、起点在同一平面中且不重合、光线相互平行，长度相等；
41、所述折射光线轨迹确定模块，用于获取所述增益介质在所述预设形变温度时对应的折射率分布，通过光线追踪得到每一射线对在所述增益介质中的折射光线轨迹；
42、所述光束半径确定模块，用于根据每一射线对的折射光线轨迹得到所有射线对折射后形成的光束半径；
43、所述光束半径对比模块，用于若所述光束半径大小与所述泵浦光场中光束半径大小的比值未超过预设阈值，则获取每一射线对中泵浦光线和伴随光线在发射时的初始间距和离开所述增益介质时的目标间距；
44、所述泵浦工作功率更改模块，用于根据初始间距和目标间距得到所述泵浦光场光束通过增益介质后的光强，根据所述光强更改泵浦的工作功率，直到所述光束半径大小与所述泵浦光场中光束半径大小的比值超过预设阈值。
45、可选的，所述泵浦工作功率更改模块还包括
46、通过公式得到光束通过增益介质后的光强；
47、其中，i为光束通过所述增益介质后的光强，i0为光束在所述泵浦光场时的光强，r0为每一射线对的平均初始间距，ri为任一射线对的目标间距，n为射线对个数。
48、本发明的有益效果：
49、本发明提出了一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法，通过启动降温系统，模拟出启动降温系统后增益介质的第一温度变化曲线；确定第一温度变化曲线中增益介质的温度在光束发射周期内超过预设形变温度的时刻，得到形变时刻；获取该形变时刻前一个光束发射周期所对应的时刻记为准备时刻，获取该准备时刻对应的泵浦运行参数；根据泵浦运行参数和增益介质在不同温度下对应的折射率分布模拟出振荡光场；根据振荡光场，得到增益介质在不同温度下对应的最佳泵浦功率和泵浦产生的光束半径，以增益介质在不同温度下对应的最佳泵浦功率和泵浦产生的光束半径，对目标泵浦进行调整得到最佳光束质量。通过启动降温系统并模拟增益介质的第一温度变化曲线，预测和控制增益介质的温度，防止增益介质温度在超过形变温度时无法及时更改泵浦频率，从而影响光束的质量和稳定性；获取形变时刻前一个光束发射周期所对应的泵浦运行参数，并根据这些参数模拟振荡光场，确定增益介质在不同温度下对应的最佳泵浦功率和光束半径，有助于提前优化泵浦条件，当增益介质的温度超过形变温度时可以及时进行调整，避免了通过增加光学器件进行调整，提高了激光系统的稳定性，降低了维护成本。
1.一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法，其特征在于，所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法，其特征在于，启动降温系统之前包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法，其特征在于，确定所述第一温度变化曲线中所述增益介质的温度在光束发射周期内超过所述预设形变温度的时刻，得到形变时刻包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法，其特征在于，根据所述泵浦运行参数和增益介质在不同温度下对应的折射率分布模拟出振荡光场包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于热效应的固体激光器光束质量控制方法，其特征在于，根据初始间距和目标间距得到所述泵浦光场光束通过增益介质后的光强包括：
6.一种基于热效应的固体激光器光束质量控制系统，其特征在于，所述系统包括第一温度变化模块、形变时刻确定模块、准备时刻确定模块、振荡光场模拟模块和最佳光束质量调整模块：
7.根据权利要求6所述的一种基于热效应的固体激光器光束质量控制系统，其特征在于，所述系统还包括增益介质温度监控模块、响应温度确定模块和降温系统启动模块：
8.根据权利要求6所述的一种基于热效应的固体激光器光束质量控制系统，其特征在于，所述形变时刻确定模块还包括目标温度变化曲线模块和形变时刻获取模块：
9.根据权利要求6所述的一种基于热效应的固体激光器光束质量控制系统，其特征在于，所述振荡光场模拟模块还包括泵浦光线生成模块、射线对确定模块、折射光线轨迹确定模块、光束半径确定模块、光束半径对比模块和泵浦工作功率更改模块：
10.根据权利要求9所述的一种基于热效应的固体激光器光束质量控制系统，其特征在于，所述泵浦工作功率更改模块还包括
