激光光束M~2因子测试仪的设计与实现

发布时间：2017-03-26 00:13

  本文关键词：激光光束M~2因子测试仪的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光自其诞生之日来,已经对我们的生活的产生了一些比较大的影响。激光技术已渗透到了我们平常的生活当中。比如应用到制造加工行业、医疗器械行业和通信行业等等。随着科技的不断进步,激光应用技术范围也在不断的扩大,其应用过程中有一个比较重要的难点,就是如何准确的判断激光光束质量的好坏。本文根据激光应用过程中所需要的激光的参量,研究并制造了一种可以对激光光束质量自动测试以及分析的仪器,本文设计的仪器对激光波长在400-1100nm范围的多种不同型号的激光器光束质量的进行测试以及分析。本文通过对激光光束的相关参量以及参量适用范围的研究,认为激光光束M~2因子是比较好的能评价激光质量的一个参量。通过对M~2因子测试方案的研究,设计了本测试仪采用“定透镜,动探头”的测试方案。通过研究如何用衰减片快速衰减激光的能量(功率),设计了一些衰减装置如外置固定衰减器、内置连续衰减器等衰减模块,并根据项目需要完成了的CCD选型。随后根据ISO的M~2因子计算标准,设计了图像光斑边缘识别以及提取算法,可以精确计算出的光斑直径,通过研究所需要的关键参量,设计了高精度传播轨迹拟合算法。最后通过对稳定光源He-Ne半导体激光器进行测试比较,测量的结果显示,本论文所设计研发的测试仪能够精确的测量出包括激光M~2因子在内的几个关键激光参量,并对其测试结果以及误差的原因进行了分析,完成了预定的设计目标。
【关键词】：激光 光束质量 M~2因子 远场发散角
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN24
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 项目背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12
• 1.3 主要研究内容12-13
• 1.4 论文安排13-15
• 第2章 激光光束质量的理论分析与研究15-25
• 2.1 激光的基本特性描述15-18
• 2.1.1 激光的瑞利长度15
• 2.1.2 激光的强度15-16
• 2.1.3 激光的远场发散角16-17
• 2.1.4 激光的束宽17-18
• 2.2 评价光束质量的参数以及适用性18-21
• 2.2.1 聚焦光斑尺寸19
• 2.2.2 远场发散角19
• 2.2.3 衍射极限倍数19-20
• 2.2.4 环围能量（功率）比20
• 2.2.5 M~2因子和K因子20
• 2.2.6 激光光束亮度20
• 2.2.7 Kf20-21
• 2.2.8 斯特列尔比（Strehl比）21
• 2.3 用激光光束M~2因子评价其光束质量21-23
• 2.3.1 各参量如何评价激光光束质量21-22
• 2.3.2 激光光束M~2因子的局限性22
• 2.3.3 为何用M~2因子当做评价标准22-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第3章 测试仪总体分析与设计25-37
• 3.1 需求分析及指标设计25-28
• 3.2 测量对象-激光光束M~2因子28-29
• 3.3 M~2因子测量方案29
• 3.4 激光光束M~2因子测试仪的主要工作原理29-31
• 3.5 测试仪器整机方案设计31-36
• 3.5.1 硬件设计方案32-33
• 3.5.2 软件设计方案33-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 测试仪硬件电路的设计与实现37-43
• 4.1 硬件电路功能37
• 4.2 电路板的主要元器件介绍37-40
• 4.2.1 光电开关与霍尔开关的引脚定义37-38
• 4.2.2 开关电源的选择38
• 4.2.3 电源芯片的使用以及选择38-39
• 4.2.4 步进电机及其驱动器的使用39
• 4.2.5 单片机核心芯片引脚的使用说明39
• 4.2.6 电路板接线定义39-40
• 4.3 电路软件实现40-42
• 4.3.1 下位机软件类及其介绍40
• 4.3.2 串口控制模块以及协议40-41
• 4.3.3 直线电机的控制41-42
• 4.3.4 衰减轮盘的控制42
• 4.4 本章小结42-43
• 第5章 测试软件的设计与实现43-55
• 5.1 测试软件的功能43
• 5.2 软件界面43-44
• 5.3 系统设置模块实现44-46
• 5.4 旋转电机控制模块及其算法实现46-47
• 5.4.1 算法原理46-47
• 5.4.2 算法实现47
• 5.5 步进电机控制模块47-48
• 5.6 图像预处理模块机器算法实现48-51
• 5.6.1 算法原理48-50
• 5.6.2 算法实现50-51
• 5.7 参数计算模块及其算法实现51-54
• 5.7.1 算法原理51-54
• 5.7.2 算法实现54
• 5.8 系统工具模块实现54
• 5.9 本章小结54-55
• 第6章 实验结果及误差分析55-59
• 6.1 测试仪实物图55
• 6.2 实验结果55-56
• 6.3 测试误差分析56-58
• 6.3.1 聚焦透镜像差引起的测量误差56-57
• 6.3.2 图像处理系统引起的光束束宽测量误差57-58
• 6.4 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65

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