激光光斑全角度评价与指向稳定性测量技术研究

发布时间：2023-06-05 20:14

　　激光光束空间性能的评价与测量一直是激光器研发和应用中的关键问题。由于应用中激光器自身和外界环境等各类因素的影响,激光器发出的光束往往会有不对称和不稳定的现象,在激光制导、激光加工等领域中影响着工作的质量和精度,针对此类现象的不全面评价阻碍着激光应用领域的扩展。本文针对激光光斑不对称性的评价问题,提出一种激光光斑全角度评价方法。该方法通过光斑图像坐标系构建、光强分布四倍二阶矩求取等过程将针对水平方向和竖直方向求取光斑尺寸的传统方式扩展到任意角度方向上的求取,并选取光斑图像中的有效像素点,进而绘制能够反映实际光斑光强分布特性的光斑尺寸边缘轮廓。针对激光光束不稳定性的测量问题,提出一种指向稳定性测量方法。该方法利用F-theta镜角度-位移线性变换的成像特性,消除传统测量方式中由普通聚焦透镜成像引起的正切误差影响,并利用求取光束偏移位置点群最小包络圆的方式评价指向偏移。搭建了以面阵CCD相机为图像采集单元的测量系统,利用Visual C++平台和MFC框架开发了测量系统操作软件,实现光斑图像的实时获取、预处理、光强分布显示与两方面参数测量结果的计算。使用测量系统对两方面参数分别进行多组实际测...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及研究的目的和意义
    1.2 课题的研究现状
        1.2.1 激光不对称性的评价研究
        1.2.2 指向稳定性测量研究
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 激光光束及其典型评价参数的测量
    2.1 高斯光束的基本特性
    2.2 激光光束空间性能的影响因素
    2.3 光斑中心位置的求取方法
        2.3.1 质心法
        2.3.2 Hough变换法
        2.3.3 最小二乘圆拟合法
    2.4 光斑尺寸的求取方法
        2.4.1 光斑尺寸的定义
        2.4.2 狭缝扫描法
        2.4.3 移动刀口法
        2.4.4 可变光阑法
        2.4.5 阵列探测法
    2.5 本章小结
第3章 全角度评价与指向稳定性测量方法研究
    3.1 光斑全角度评价方法
        3.1.1 坐标系的构建
        3.1.2 光斑尺寸的计算
        3.1.3 光斑尺寸边缘轮廓绘制
    3.2 光束指向稳定性测量方法
        3.2.1 测量系统设计思路
        3.2.2 F-theta镜及其工作原理
        3.2.3 最小包络圆求取
    3.3 本章小结
第4章 测量系统的实现
    4.1 系统装置的搭建
    4.2 硬件结构及选型
        4.2.1 F-theta镜
        4.2.2 衰减系统
        4.2.3 图像采集单元
    4.3 系统操作软件开发
        4.3.1 界面功能概述
        4.3.2 CCD相机的触发控制
        4.3.3 图像预处理
        4.3.4 光斑光强分布显示
    4.4 本章小结
第5章 实验及结果分析
    5.1 全角度评价结果分析
    5.2 指向稳定性测量结果分析
    5.3 误差分析
        5.3.1 全角度评价误差分析
        5.3.2 指向稳定性测量误差分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢



本文编号：3831974