氧碘化学激光光学谐振腔自准直研究
发布时间：2021-01-20 23:10
随着我国氧碘化学激光器输出能量不断提高,因此改善光束质量成为迫切需要。目前限制光束质量的主要因素之一是出光过程中的光腔失调,因此针对该问题提出了氧碘化学激光光学谐振腔自准直研究方法。在针对空腔的实验过程中,需要外部穿腔光作为光源,实验过程中要使得穿腔光通过凹腔镜中心并在光学谐振腔中进行反射和干涉,最后于凸腔镜后方成同心圆环像。因此实验首先要保证引导光可以准直进入凹腔镜中心,其次要使得光学谐振腔凹凸腔镜互相平行。首先,通过氦氖穿腔光射入到谐振腔里时,会在凹腔镜后方成像为一激光光斑,通过调整装置使得氦氖穿腔光准直射入到谐振腔里,采用最小二乘法圆拟合等图像处理方法获取激光光斑在计算机图像上的中心坐标,通过调整氦氖穿腔光的入射角度发现激光光斑的中心坐标会发生相应变化,因此可以将坐标变化量作为氦氖激光器与谐振腔自准直的失调判据,所以获得准确的激光光斑中心坐标可以作为后续的自准直实验的理论依据。其次是利用氦氖穿腔光通过凹腔镜中心小孔,并在凸腔镜后方放置工业相机,在屏幕上形成一个干涉同心圆环。通过借助计算机视觉库中二值化,霍夫圆检测等图像处理的方法,获得干涉同心圆环的圆心坐标,再通过以圆心为中心将图...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１光学谐振腔原理图??Ｉ??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｒｅｓｏｎａｔｏｒ??
由于腔内电磁场的本征态由Ｍａｘｗｅｌｌ方程组和腔的边界条件决定，因此不同类型和??结构的谐振腔的模式也将各不相同。一旦给定了腔的具体结构，其中振荡模的特征也就??随之确定下来。光学谐振腔理论就是研究腔模式的基本特征，以及模与腔结构之间的具??体依赖关系。因此原则上说，只要知道了腔的参数，就可以唯一地确定模的上述特??征。?：??２．?３氧碘化学激光器光腔系统构建??２．３．１氧碘化学激光器光腔系统??高功率氧碘化学激光器一般采用的是折叠式正支虚焦共焦非稳腔，其结构原理图??如图２．２所示：??ｉＫｘｍ?｜?？ｉ．ｎｘ＜？ｔｌｉｎｗ１ｕｒ?｜??（〇）?＼?■■?＇■???????ｃｏｎｃａｖｅ?ｌ——Ｉ?＇、??Ａ??图２．２氧碘化学激光器光学腔系统图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｏｘｙｇｅｎ－ｉｏｄｉｎｅ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌａｓｅｒ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｃａｖｉｔｙ?ｓｙｓｔｅｍ?ｄｉａｇｒａｍ??从图２．２中可以看出，该系统是由凹凸腔镜，反射镜和分光镜组成，当调整好该系??统时，光学谐振腔中的所有组件都将被固定在一个牢固的光学平台之上。但是由于包??括外界温度，空气扰动，反射镜机械结构蠕动，支撑镜架发生微振动等干扰的存在，??经常会引起系统突变，导致光束发生偏移，导致输出光束的质量降低，并且光学器件??的增多会大大降低抵抗外界干扰的能力。??２．?３．?２改进氧碘化学激光器光腔系统结构??由于氧碘化学激光器光学谐振腔抗干扰能力较低，因此在原有系统的结构上进行??进一步的设计，以增强系统的抗干扰能力。其结果如图２．３所示：??－８?－??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???凹腔谠??光学ｍ架?／?平面支往ｍ?光字潰架??Ｎｒ？?Ｖ??（??Ｕ?／?ｉ??凸腔漬??图２．３氧碘化学激光器光学谐振腔系统??Ｆｉｇ．?２．３?Ｏｘｙｇｅｎ－ｉｏｄｉｎｅ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌａｓｅｒ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃａｖｉｔｙ?ｓｙｓｔｅｍ??从图２．３上可以知道改进的光腔系统结构主要是将平面反射镜和分光镜去掉，将凹??凸腔镜放在同一水平线上，这样可以减少氧碘化学激光器光腔系统组件的数量，在一??定程度上消除反射镜和分光镜带来多重干扰等影响，为后续自准直腔镜的实验尽可能??降低实验的难度。??Ｉ??２．?４氧碘化学激光器传统光腔自准直技术??２．４．１激光准直技术概述??激光准直技术主要应用于激光测量，激光加工等专业的高精密技术邻域。主要是??因为激光本身的高密度能量特点，单一性方向特点，稳定性特点和易操作特点等，使??得在该相关领域具有绝对的优势。??目前，激光测量技术是应用最为广泛的激光准直技术，而激光测量技术主要针对??的是测距的方法，包括仪器位移等方面。下面以激光测量为例介绍一下激光准直技术??的三大类型。??１．振幅型（光强型）测量??振幅型测量方法主要是利用激光的强方向性特点，以激光光强分布中心作为准直??基线，这是最初实现的基本原理。振幅型测量激光准直仪则是通过ＣＣＤ或者位敏光电??器件，例如双向可检测光电位移变化的传感器ＰＳＤ?（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）等，??实现二维测量方式。但是由于实际的激光器本身的原因，会导致激光漂移，光线弯??曲，大气扰动和光束横截面内光强分布不均匀
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于圆对称性和随机选点改进霍夫变换圆检测算法[J]. 张汝祥,陈德林,季江伟,张伟昕,杨力,王勇. 科技创新与应用. 2019(14)
[2]一种基于OpenMV的飞行器激光引导算法[J]. 黄迅,崔敏,黄隆群,邱敏卿. 科技创新与应用. 2019(11)
[3]高斯过程模型圆心定位算法[J]. 李晨阳,王同合,蒋理兴,吴建霖,谷友艺,王安成. 测绘科学技术学报. 2018(06)
[4]一种图像自适应中值滤波算法[J]. 刘海. 软件导刊. 2018(05)
[5]基于圆弧边缘特征的圆检测算法[J]. 董辉,黄胜. 浙江工业大学学报. 2018(01)
[6]基于直径累积的霍夫变换检测圆算法[J]. 屈汉章,王洋,吴成茂. 西安邮电大学学报. 2017(05)
[7]计量现场手持终端激光光斑的检测方法[J]. 向景睿,吴维德,刘明杰,周林,龙海莲,罗银庚,周承辉. 河北师范大学学报(自然科学版). 2017(03)
[8]一种基于霍夫变换的圆检测方法[J]. 杨春岩. 白城师范学院学报. 2016(02)
[9]基于加权插值算法的激光光斑中心检测[J]. 张秋佳,赵玉华. 激光与红外. 2016(01)
[10]SolidWorks技术及其在机械设计应用中的特征[J]. 赵盼盼. 机械研究与应用. 2015(05)
博士论文
[1]气体放电引发氧碘化学激光脉冲化及相关技术研究[D]. 李国富.大连理工大学 2014
[2]氧碘化学激光器轻型化技术研究[D]. 陈文武.大连理工大学 2010
[3]以氮气为载气的氧碘化学激光器的研究[D]. 房本杰.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2004
硕士论文
[1]基于图像的水下三点激光测距系统[D]. 张云菲.浙江大学 2019
[2]脉冲放电激励氧碘化学激光的数值模拟[D]. 张杰.大连理工大学 2015
[3]基于数学形态学稻种纹理特征提取与识别研究[D]. 黄美芝.南京农业大学 2010
[4]基于条纹图处理的激光器非稳腔调腔方法研究[D]. 胡永军.国防科学技术大学 2010
[5]基于SPGD优化算法的正支共焦非稳腔自动准直调整技术研究[D]. 尹新华.国防科学技术大学 2008
[6]车牌自动识别系统的研制与开发[D]. 王瑛楠.西北工业大学 2007
本文编号：2989957
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１光学谐振腔原理图??Ｉ??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｒｅｓｏｎａｔｏｒ??
由于腔内电磁场的本征态由Ｍａｘｗｅｌｌ方程组和腔的边界条件决定，因此不同类型和??结构的谐振腔的模式也将各不相同。一旦给定了腔的具体结构，其中振荡模的特征也就??随之确定下来。光学谐振腔理论就是研究腔模式的基本特征，以及模与腔结构之间的具??体依赖关系。因此原则上说，只要知道了腔的参数，就可以唯一地确定模的上述特??征。?：??２．?３氧碘化学激光器光腔系统构建??２．３．１氧碘化学激光器光腔系统??高功率氧碘化学激光器一般采用的是折叠式正支虚焦共焦非稳腔，其结构原理图??如图２．２所示：??ｉＫｘｍ?｜?？ｉ．ｎｘ＜？ｔｌｉｎｗ１ｕｒ?｜??（〇）?＼?■■?＇■???????ｃｏｎｃａｖｅ?ｌ——Ｉ?＇、??Ａ??图２．２氧碘化学激光器光学腔系统图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｏｘｙｇｅｎ－ｉｏｄｉｎｅ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌａｓｅｒ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｃａｖｉｔｙ?ｓｙｓｔｅｍ?ｄｉａｇｒａｍ??从图２．２中可以看出，该系统是由凹凸腔镜，反射镜和分光镜组成，当调整好该系??统时，光学谐振腔中的所有组件都将被固定在一个牢固的光学平台之上。但是由于包??括外界温度，空气扰动，反射镜机械结构蠕动，支撑镜架发生微振动等干扰的存在，??经常会引起系统突变，导致光束发生偏移，导致输出光束的质量降低，并且光学器件??的增多会大大降低抵抗外界干扰的能力。??２．?３．?２改进氧碘化学激光器光腔系统结构??由于氧碘化学激光器光学谐振腔抗干扰能力较低，因此在原有系统的结构上进行??进一步的设计，以增强系统的抗干扰能力。其结果如图２．３所示：??－８?－??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???凹腔谠??光学ｍ架?／?平面支往ｍ?光字潰架??Ｎｒ？?Ｖ??（??Ｕ?／?ｉ??凸腔漬??图２．３氧碘化学激光器光学谐振腔系统??Ｆｉｇ．?２．３?Ｏｘｙｇｅｎ－ｉｏｄｉｎｅ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｌａｓｅｒ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃａｖｉｔｙ?ｓｙｓｔｅｍ??从图２．３上可以知道改进的光腔系统结构主要是将平面反射镜和分光镜去掉，将凹??凸腔镜放在同一水平线上，这样可以减少氧碘化学激光器光腔系统组件的数量，在一??定程度上消除反射镜和分光镜带来多重干扰等影响，为后续自准直腔镜的实验尽可能??降低实验的难度。??Ｉ??２．?４氧碘化学激光器传统光腔自准直技术??２．４．１激光准直技术概述??激光准直技术主要应用于激光测量，激光加工等专业的高精密技术邻域。主要是??因为激光本身的高密度能量特点，单一性方向特点，稳定性特点和易操作特点等，使??得在该相关领域具有绝对的优势。??目前，激光测量技术是应用最为广泛的激光准直技术，而激光测量技术主要针对??的是测距的方法，包括仪器位移等方面。下面以激光测量为例介绍一下激光准直技术??的三大类型。??１．振幅型（光强型）测量??振幅型测量方法主要是利用激光的强方向性特点，以激光光强分布中心作为准直??基线，这是最初实现的基本原理。振幅型测量激光准直仪则是通过ＣＣＤ或者位敏光电??器件，例如双向可检测光电位移变化的传感器ＰＳＤ?（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）等，??实现二维测量方式。但是由于实际的激光器本身的原因，会导致激光漂移，光线弯??曲，大气扰动和光束横截面内光强分布不均匀
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于圆对称性和随机选点改进霍夫变换圆检测算法[J]. 张汝祥,陈德林,季江伟,张伟昕,杨力,王勇. 科技创新与应用. 2019(14)
[2]一种基于OpenMV的飞行器激光引导算法[J]. 黄迅,崔敏,黄隆群,邱敏卿. 科技创新与应用. 2019(11)
[3]高斯过程模型圆心定位算法[J]. 李晨阳,王同合,蒋理兴,吴建霖,谷友艺,王安成. 测绘科学技术学报. 2018(06)
[4]一种图像自适应中值滤波算法[J]. 刘海. 软件导刊. 2018(05)
[5]基于圆弧边缘特征的圆检测算法[J]. 董辉,黄胜. 浙江工业大学学报. 2018(01)
[6]基于直径累积的霍夫变换检测圆算法[J]. 屈汉章,王洋,吴成茂. 西安邮电大学学报. 2017(05)
[7]计量现场手持终端激光光斑的检测方法[J]. 向景睿,吴维德,刘明杰,周林,龙海莲,罗银庚,周承辉. 河北师范大学学报(自然科学版). 2017(03)
[8]一种基于霍夫变换的圆检测方法[J]. 杨春岩. 白城师范学院学报. 2016(02)
[9]基于加权插值算法的激光光斑中心检测[J]. 张秋佳,赵玉华. 激光与红外. 2016(01)
[10]SolidWorks技术及其在机械设计应用中的特征[J]. 赵盼盼. 机械研究与应用. 2015(05)
博士论文
[1]气体放电引发氧碘化学激光脉冲化及相关技术研究[D]. 李国富.大连理工大学 2014
[2]氧碘化学激光器轻型化技术研究[D]. 陈文武.大连理工大学 2010
[3]以氮气为载气的氧碘化学激光器的研究[D]. 房本杰.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2004
硕士论文
[1]基于图像的水下三点激光测距系统[D]. 张云菲.浙江大学 2019
[2]脉冲放电激励氧碘化学激光的数值模拟[D]. 张杰.大连理工大学 2015
[3]基于数学形态学稻种纹理特征提取与识别研究[D]. 黄美芝.南京农业大学 2010
[4]基于条纹图处理的激光器非稳腔调腔方法研究[D]. 胡永军.国防科学技术大学 2010
[5]基于SPGD优化算法的正支共焦非稳腔自动准直调整技术研究[D]. 尹新华.国防科学技术大学 2008
[6]车牌自动识别系统的研制与开发[D]. 王瑛楠.西北工业大学 2007
本文编号：2989957
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