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光功率稳定装置中分光器件的影响分析及抑制方法研究

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舰船电子工程 2017年第9期37卷 132-135页

作者：王春罗涛武汉第二船舶设计研究所武汉430064

激光光功率稳定装置中分光器件的分光比存在不稳定性,论文从理论上定量分析了分光比的波动对环外光功率稳定效果的影响,并提出了一种抑制分光比波动影响的方案。通过理论分析及仿真,证明了该方案可以有效抑制分光器件分光比的不稳定性... 详细信息

激光光功率稳定装置中分光器件的分光比存在不稳定性,论文从理论上定量分析了分光比的波动对环外光功率稳定效果的影响,并提出了一种抑制分光比波动影响的方案。通过理论分析及仿真,证明了该方案可以有效抑制分光器件分光比的不稳定性带来的环外功率波动。

关键词：光功率稳定分光比反馈控制

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激光直写机的光功率控制系统研究与设计

激光直写机的光功率控制系统研究与设计

作者：吕云飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

激光直写技术是制作二元光学元件的一种重要方法。在制作过程中,用于刻蚀的激光,其功率的稳定程度对于加工元件的质量十分重要。然而激光器受很多外界因素的影响,导致输出功率会产生漂移,这直接影响了被刻蚀的细微图形质量。因此必须对... 详细信息

激光直写技术是制作二元光学元件的一种重要方法。在制作过程中,用于刻蚀的激光,其功率的稳定程度对于加工元件的质量十分重要。然而激光器受很多外界因素的影响,导致输出功率会产生漂移,这直接影响了被刻蚀的细微图形质量。因此必须对激光输出光功率进行控制,以达到稳定功率输出并且连续可调。以声光调制器(AOM)作为执行器的系统能够很好的解决这一技术难题。在分析了AOM的性能和特点的基础上,选择了适合系统的AOM,并在MATLAB环境下,成功辨识出AOM的数学模型,然后借助SIMULINK工具箱,设计出PID控制系统的仿真模型。在以上理论分析的基础上,设计了光功率闭环控制系统,系统采用采样+1级衍射光控制+1级的方式,衍射光经过光电转换变成电信号,再经过放大滤波,输入到以现场可编程门阵列(FPGA)为主芯片的板卡上,经过运算处理,输出给AOM的驱动器以控制衍射光光功率,使得系统在激光器有较大噪声输出时,也能保证光功率稳定并连续可调。采用FPGA实现PID控制器,实际上是利用数字逻辑电路来完成PID控制。本文在分析FPGA设计结构类型和特点的基础上,提出一种基于FPGA的、改进型并行结构的PID控制器设计方法,这种方法可以有效的减少逻辑运算,加快运算速度。实验结果表明,通过闭环控制的系统,+1级衍射光光功率的最大偏差量为0.008mw,随时间的稳定度S t= 0.399%。系统的调整时间约为300μs,比受控前提高了近3倍。论文对整个系统的硬件设计、改进型并行结构的PID控制器设计、串口通信程序、光功率稳定性实验等都进行了详细的论述。最后,总结了论文的研究工作,分析了设计存在的几点不足并提出了进一步优化设计的一些方法。

关键词：激光直写声光调制器光功率稳定 PID

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基于VOA激光调频输出光功率控制技术研究

基于VOA激光调频输出光功率控制技术研究

作者：左乐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

线性调频连续波(LFMCW)激光雷达是一种高精度的测距技术,其具有非接触测量、测量无盲区、无需合作目标、效率高和自动化程度高等特点,是大尺寸测量和获取目标三维坐标的重要手段。由于其测距原理是基于半导体激光器平台下的线性调频测距... 详细信息

线性调频连续波(LFMCW)激光雷达是一种高精度的测距技术,其具有非接触测量、测量无盲区、无需合作目标、效率高和自动化程度高等特点,是大尺寸测量和获取目标三维坐标的重要手段。由于其测距原理是基于半导体激光器平台下的线性调频测距,扫频信号的幅值是变化的,所以调制后的光信号必然存在光功率的起伏。分析了光功率起伏对测距的精度和距离分辨力的影响,并通过仿真进行了具体验证。本文围绕控制对象VOA的衰减特性,设计了闭环控制系统对调频输出光功率进行稳定。对光功率起伏的成因、光功率起伏对测距精度的影响进行了分析,对VOA的衰减特性进行了测试;对光功率稳定开环校正算法进行了研究,并设计了基于现场可编程逻辑器件(FPGA)的闭环光功率稳定控制系统;设计了闭环控制系统的硬件电路包括信号处理电路、信号采集输出电路和FPGA最小系统电路;搭建了光功率稳定的测试系统,对光功率稳定效果进行了测试,并对系统的光功率的稳定度进行了分析。首先,研究了FMCW绝对距离测量原理,分析了激光器输出的调制信号产生光功率起伏的原因以及光功率起伏对测距系统的影响。其次,分析了光功率稳定的原理。对VOA的特性进行了测试,包括噪声特性和衰减特性,并对VOA的衰减特性进行了校正,推导出其具体校正后的表达式;构思了光功率稳定闭环控制系统的软件方案和硬件方案,并根据所设计方案进行软件设计和硬件设计;研究了闭环负反馈PID算法,以及对控制系统的传递函数进行了仿真,来确定具体PID参数;对开环校正算法进行数字化,并通过FPGA实现。对光功率稳定开环校正系统进行了测试,验证了开环校正对光功率起伏起到初步稳定的作用。对闭环控制系统进行了测试,验证了闭环控制对光功率起伏起到最终稳定的作用;完成了控制前后效果的对比,并对数据进行了分析;研究了影响系统季精度的误差源,并对其影响进行了综合分析。

关键词：线性调频连续波光功率稳定闭环控制系统可变光衰减器 PID

声光调制器模型建立及激光直写光功率控制系统设计

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声光调制器模型建立及激光直写光功率控制系统设计

作者：韩岩哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

激光直接写入技术是制作二元光学掩模和二元光学元件的主要方法。用于光刻的激光输出功率的稳定性对于保证二元光学器件的加工质量是十分重要的,要求激光输出功率非常稳定。然而激光器受很多外界因素影响,导致输出功率会产生噪声,这直... 详细信息

激光直接写入技术是制作二元光学掩模和二元光学元件的主要方法。用于光刻的激光输出功率的稳定性对于保证二元光学器件的加工质量是十分重要的,要求激光输出功率非常稳定。然而激光器受很多外界因素影响,导致输出功率会产生噪声,这直接影响光刻胶上的直写微细图形质量,从而最终影响二元光学器件的衍射效率。一方面相同转速下,在不同半径的环带上进行曝光时,随着被曝光环带直径的增大,光刻胶上单位面积时间内所接收的曝光量将减小,另一方面由于系统所用的激光器的光功率输出有较大的起伏,基线也产生漂移。因此,为了在整个基片上加工出宽度、深度一致的线条,必须对激光输出光功率进行控制以达到恒定功率输出并且连续可调。本文利用声光调制器对He-Cd激光器的输出功率进行控制,首先利用系统辨识的方法获得声光调制器的数学模型,然后借助仿真环境设计出合理的控制参数,从而得到高稳定度的光强稳定控制电路。具体内容如下:1.分析声光调制器的工作原理,为使光功率控制系统的响应达到预期的效果,在MATLAB环境下辨识出声光调制器的数学模型,获得声光调制器的传递函数。2.借助SIMULINK工具箱,利用辨识出的声光调制器模型设计出控制系统的仿真模型,得到实用的控制系统,采用广泛应用的PID控制算法对其进行控制,并对控制器进行参数整定。3.设计基于DSP的信号采集及光功率控制系统硬件电路。DSP信号采集与控制电路是反馈控制系统的核心,它实现以下功能:对光电转换电路的输出信号进行滤波、采样、A/D转换、处理、运算(主要是PID算法)、D/A转换,最后输出反馈控制信号控制声光调制器的调制电压。4.分析控制系统各个单元的性能,测量并对比受控前后的光强漂移,分析激光输出功率随时间变化的稳定性的影响因素,调整控制器参数提高精度。

关键词：激光直写系统辨识光功率稳定反馈控制

带有温度自适应调节的LD阵列驱动电源的设计

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激光技术 2006年第3期30卷 295-297页

作者：潘卫军郭云霄巩马理闫平清华大学精密仪器与机械学系光子与电子技术研究中心北京100084

传统LD驱动电源通常采用电流参数预定输入的方式,其只能输出给定脉宽、重复频率及峰值的驱动电流,这种方式注定其不能随工作环境的变化而做相应调节。针对上述传统LD驱动电源的固有缺点,介绍一种具有温度自适应调节的LD驱动电源,该电源... 详细信息

传统LD驱动电源通常采用电流参数预定输入的方式,其只能输出给定脉宽、重复频率及峰值的驱动电流,这种方式注定其不能随工作环境的变化而做相应调节。针对上述传统LD驱动电源的固有缺点,介绍一种具有温度自适应调节的LD驱动电源,该电源通过微处理器FPGA芯片检测LD的工作温度,采用温度补偿算法,做到自适应调节驱动电流的大小,实现LD驱动电源的智能化运行,使LD在不同温度下稳定工作。

关键词：激光技术 LD驱动电源温度自适应调节光功率稳定

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铯喷泉钟的光学系统参数优化

铯喷泉钟的光学系统参数优化

作者：郭蕴仪华中科技大学

学位级别：硕士

铯喷泉钟作为具有超高稳定度的基础频标系统,在基本物理常数测量、相对论检验、卫星导航定位、国际原子时等领域有着重要的应用。铯喷泉钟主要由光学系统、真空物理系统、微波综合链路、电子学控制系统这四部分组成。本论文围绕铯喷泉... 详细信息

铯喷泉钟作为具有超高稳定度的基础频标系统,在基本物理常数测量、相对论检验、卫星导航定位、国际原子时等领域有着重要的应用。铯喷泉钟主要由光学系统、真空物理系统、微波综合链路、电子学控制系统这四部分组成。本论文围绕铯喷泉钟光学系统的优化展开,作者研究期间的主要工作包括:(1)可调光纤扩束器标校,(2)探测光功率稳定。可调光纤扩束器是铯喷泉钟磁光阱的重要组成部分。扩束器的性能指标决定了俘获原子云的大小、形状、密度、位置及俘获原子数目,从而影响铯喷泉钟的频率稳定度。为了提高频率稳定度指标,本文从扩束光发散角、光束指向角、光斑均匀性和圆偏振光消光比四个方面对扩束光特性进行了测量和优化调节。经标校后,扩束器的光束发散角小于1 mrad,光斑指向偏角小于0.9 mrad,光斑在磁光阱中轴面的偏心量小于0.2 mm,圆偏振光消光比小于1.0 d B。将优化后的光纤扩束器应用于磁光阱中,俘获的原子数从10量级提升至10量级,原子回落比从5.6%提高至7.7%。原子数的提升抑制了铯喷泉钟的量子投影噪声和光子散粒噪声。其中,量子投影噪声从4.4×10τ优化至1.7×10τ。原子双能态探测过程中,探测光功率抖动会引起探测原子数的涨落,影响铯喷泉钟的频率稳定度。采用光纤集成的功率监测器进行光功率稳定实验,并搭建双通声光调制衍射光路,通过控制压控衰减器的偏置电压改变声光调制器的衍射效率,从而实现光功率的反馈控制。使用PID算法闭环后,光功率的抖动幅度被抑制到0.12%,将探测光功率抖动引起的探测噪声从2.1×10τ抑制到2.1×10τ,总探测噪声从2.1×10τ抑制到1.6×10τ。通过对铯喷泉钟光学系统的优化,喷泉钟的频率稳定度评估可达到2.5×10τ水平,满足大科学工程时频标准溯源装置中对这一项建设指标的要求。

关键词：铯喷泉钟扩束器标校光功率稳定频率稳定度

利用PPKTP晶体高效获得稳定461nm激光

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利用PPKTP晶体高效获得稳定461nm激光