【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于激光，特別是一種高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、大型高功率激光裝置包含系列激光放大器和大量的光學(xué)元件及組件，光程長(zhǎng)，器件多。系統(tǒng)物理需求對(duì)激光落點(diǎn)的穩(wěn)定要求高，其中焦斑小、多束打靶空間重疊等對(duì)落點(diǎn)穩(wěn)定性提出較高要求。系統(tǒng)的高效運(yùn)行要求配置相應(yīng)的光路自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)，以快速糾正由于溫度變化、地基及支撐架的微振動(dòng)、反射鏡機(jī)械結(jié)構(gòu)蠕變、氣流及其它隨機(jī)因素造成光束的偏離，提高工作效率。所謂自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)，就是一種涉及光學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制等多學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)，集科學(xué)性和工程性于一體。它利用光電傳感器（電荷耦合元件ccd、位置靈敏探測(cè)器psd等）測(cè)量光束質(zhì)心的偏移量，送入到伺服控制回路，通過(guò)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)快速反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使出射光束指向保持穩(wěn)定。為了解決抖動(dòng)問(wèn)題，通常采用光束自動(dòng)準(zhǔn)直提高打靶精度，但該方法只能解決短時(shí)間內(nèi)的慢性漂移問(wèn)題，無(wú)法解決高功率激光系統(tǒng)中的光束高頻抖動(dòng)(100hz)問(wèn)題，所以本專(zhuān)利技術(shù)提出一種高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)與方法，來(lái)解決光束高頻抖動(dòng)問(wèn)題。
2、目前的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)大多使用ccd相機(jī)以及傳統(tǒng)壓電陶瓷快反鏡進(jìn)行矯正，對(duì)于大規(guī)模高功率激光裝置而言，ccd相機(jī)以及傳統(tǒng)壓電陶瓷快反鏡的成本十分昂貴，因此，專(zhuān)利技術(shù)一種基于psd和mems快反鏡的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，不僅能夠優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、縮小體積、提高線性度，也具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)于大規(guī)模高功率激光裝置非常有必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的是
2、為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)解決方案如下：
3、一種高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于：本系統(tǒng)包括激光發(fā)射器，透鏡，psd，mems快反鏡和數(shù)據(jù)處理單元，由pid算法實(shí)現(xiàn)控制。所述mems快反鏡包括鏡面和驅(qū)動(dòng)模塊，所述mems快反鏡位于激光發(fā)射器和psd之間，所述psd包括信號(hào)采集模塊和信號(hào)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理單元包括fpga芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述數(shù)據(jù)處理單元分別與psd、mems快反鏡連接。
4、系統(tǒng)工作時(shí)，激光發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)過(guò)鏡片裝置的鏡片后由psd采集并發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行分析處理。當(dāng)受到環(huán)境震動(dòng)或其他干擾使光信號(hào)經(jīng)過(guò)鏡片后的光路發(fā)生偏移，此時(shí)psd上采集到的光信號(hào)會(huì)偏離中心點(diǎn)，通過(guò)psd的信號(hào)處理模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)表征偏離中心點(diǎn)的坐標(biāo)，在發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過(guò)fpga的算法處理，轉(zhuǎn)換成mems快反鏡所需轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。數(shù)據(jù)處理單元發(fā)送mems快反鏡所需轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字信號(hào)的驅(qū)動(dòng)指令給驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)再由電壓放大器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行電壓放大然后由驅(qū)動(dòng)模塊將放大后的模擬信號(hào)施加到致動(dòng)梁，進(jìn)而通過(guò)耦合柱帶動(dòng)鏡面偏轉(zhuǎn)，重新調(diào)整光路，使光斑矯正回psd中心點(diǎn)。
5、所訴光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)還包括示波器和計(jì)算機(jī)，與psd模塊連接?？梢酝ㄟ^(guò)示波器或計(jì)算機(jī)查看光斑在psd上的實(shí)時(shí)位置。
6、所述驅(qū)動(dòng)模塊接收數(shù)據(jù)處理單元的驅(qū)動(dòng)指令，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再經(jīng)電壓放大器放大后，驅(qū)動(dòng)mems快反鏡的鏡面偏轉(zhuǎn)。
7、所述數(shù)據(jù)處理單元的fpga芯片還用于執(zhí)行算法處理，根據(jù)psd反饋的光斑位置偏移量計(jì)算出mems快反鏡所需的偏轉(zhuǎn)角度，以確保激光光束的穩(wěn)定指向。
8、所述mems快反鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度，滿(mǎn)足如下公式：
9、
10、式中，s為激光發(fā)射器平移量，l為所述mems快反鏡的鏡面與所述psd的光敏面之間的距離。
11、本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)效果如下：
12、1）本專(zhuān)利技術(shù)采用成本效益更高、體積更緊湊的位置靈敏探測(cè)器（psd）結(jié)合微機(jī)電系統(tǒng)（mems）技術(shù)的快速反射鏡，不僅能夠顯著提升光束指向穩(wěn)定性的控制效率，特別是在高頻抖動(dòng)抑制方面，還能有效優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，這對(duì)于推動(dòng)大規(guī)模高功率激光裝置的發(fā)展具有重要意義。
13、2）本專(zhuān)利技術(shù)采用psd測(cè)量激光偏離中心點(diǎn)的位置，并通過(guò)mems快反鏡轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行位置誤差校正，從而完成光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該方法僅使用一個(gè)psd對(duì)于大規(guī)模高功率激光裝置而言有著十分可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；使用mems快反鏡，具有體積小，線性度高的優(yōu)點(diǎn)，極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；使用fpga芯片與pid算法的結(jié)合，提升系統(tǒng)運(yùn)行速度。
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1.一種高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括示波器和計(jì)算機(jī)，所述示波器和計(jì)算機(jī)分別與PSD的信號(hào)處理模塊連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示激光光束在PSD上的光斑位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，所述PSD的光敏面具有四個(gè)電極，用于輸出與光斑位置相關(guān)的光電流信號(hào)，所述光電流信號(hào)經(jīng)PSD的信號(hào)處理模塊處理后轉(zhuǎn)換為表征光斑偏離中心點(diǎn)的坐標(biāo)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，所述MEMS快反鏡的鏡面與水平面呈45°設(shè)置，以便于激光光束的反射和調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)模塊接收數(shù)據(jù)處理單元的驅(qū)動(dòng)指令，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再經(jīng)電壓放大器放大后，驅(qū)動(dòng)MEMS快反鏡的鏡面偏轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，所述MEMS快反鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度，滿(mǎn)足如下公式：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括示波器和計(jì)算機(jī)，所述示波器和計(jì)算機(jī)分別與psd的信號(hào)處理模塊連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示激光光束在psd上的光斑位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，所述psd的光敏面具有四個(gè)電極，用于輸出與光斑位置相關(guān)的光電流信號(hào)，所述光電流信號(hào)經(jīng)psd的信號(hào)處理模塊處理后轉(zhuǎn)換為表征光斑偏離中心點(diǎn)的坐標(biāo)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光系統(tǒng)的光束指向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其特征在于，所述mems快反鏡的鏡面與水...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：傅祺，錢(qián)素琴，郭亞晶，宗楠，范龍華，朱寶強(qiáng)，朱健強(qiáng)，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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