[發(fā)明專利]一種高功率激光裝置的光路自動準直方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811402915.X
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109542145B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 李克洪;胡東霞;趙軍普;張鑫;張雄軍;黨釗;張崑;董一方;鄭奎興
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G05D25/02
• 分類號: G05D25/02;G02B7/00;G06T7/13;G06T7/60
• 代理公司: 北京同輝知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

1.一種高功率激光裝置的光路自動準直方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：采用近場CCD獲得原始近場圖像；

S2：將獲得的原始近場圖像通過快速傅里葉變換得到含有遠場信息的二維功率譜密度圖像；

S3：將所述二維功率譜密度圖像進行圖像處理，然后采用最小二乘法配合橢圓公式擬合頻域圖像，得到所述二維功率譜密度圖像的橢圓參數(shù)，所述橢圓參數(shù)包括擬合橢圓的中心坐標、長軸L、短軸S、正圓率ρ＝L/S；

S4：判斷所述二維功率譜密度圖像的正圓率ρ是否在1的ε鄰域內(nèi)，即趨近于正圓，若否，則轉(zhuǎn)入S5；若是，則準直完成；

S5：通過近場閉環(huán)控制和遠場閉環(huán)控制分別調(diào)整近場和遠場的電動鏡架；

遠場閉環(huán)控制：采用空域二維搜索、頻域正圓匹配的方法進行，其控制流程如下：初始化遠場Y維鏡架電機運動步長系數(shù)Ky＝0，初始化搜索方向標志SeekDirectionY＝false，從CCD采集一幀近場原始圖像數(shù)據(jù)I(x)，并執(zhí)行一次PSD圖像處理核心算法F(x)輸出橢圓傾斜角度θ，若θ不在90±2°范圍內(nèi)，則進行Y方向遠場閉環(huán)控制，否則進行X方向遠場閉環(huán)控制，遠場閉環(huán)控制Y方向與X方向的控制方法類似；

設定視場邊界參數(shù)R，作為準直范圍的邊界條件：

1)當搜索方向標志SeekDirectionY＝false且遠場Y維鏡架電機運動步長系數(shù)KyR，即光斑在Y方向上沒有超出視場，則Y維鏡架電機向SeekDirectionY＝false預先定義的方向運動一個步長D₀；

2)當搜索方向標志SeekDirectionY＝false且遠場Y維鏡架電機運動步長系數(shù)Ky≥R，說明光斑將要超出CCD視場，則執(zhí)行F_Y＝-Ky*D₀，即讓光斑返回到CCD視場中心的位置，向相反的方向搜索，并清零運動補償系數(shù)Ky＝0，同時將搜索方向標志SeekDirectionY置為true，以為相反方向的搜索做好準備；

3)當搜索方向標志SeekDirectionY＝true且遠場Y維鏡架電機運動步長系數(shù)KyR，則Y維鏡架電機向SeekDirectionY＝true預先定義的方向運動一個步長D₀；

4)當搜索方向標志SeekDirectionY＝true且遠場Y維鏡架電機運動步長系數(shù)Ky≥R，則說明當前光斑在SeekDirectionY＝true定義的方向上將要超出CCD視場，則執(zhí)行F_Y＝-Ky*D₀，即讓光斑返回到CCD視場中心的位置，向相反的方向搜索，并清零運動補償系數(shù)Ky＝0，同時將搜索方向標志SeekDirectionY置為false；

近場閉環(huán)控制的控制方法為：從CCD采集一幀原始圖像數(shù)據(jù)I(x)，分別提取十字叉絲基準的中心坐標C(x)和實際近場圖像的中心坐標N(x)，比較實際近場圖像坐標(x,y)與十字叉絲基準坐標(X₀,Y₀)的偏離量以及偏離方向，并以此分別對X方向和Y方向閉環(huán)控制近場二維電動鏡架，采用逐次逼近的方法，使得實際近場圖像坐標(x,y)收斂于十字叉絲基準坐標(X₀,Y₀)的δx和δy鄰域內(nèi)，完成近場閉環(huán)控制；

1)當x(X₀-δx)時，則近場鏡架側(cè)擺軸Nx向正方向運動一個步長，即+D₀，然后再次提取實際近場圖像的中心坐標N(x)，并與X₀比較，直至x收斂于X₀的δx鄰域內(nèi)；

2)當x(X₀-δx)時，則近場鏡架側(cè)擺軸Nx向負方向運動一個步長，即-D₀，然后再次提取實際近場圖像的中心坐標N(x)，并與X₀比較，直至x收斂于X₀的δx鄰域內(nèi)；

3)當y(Y₀-δy)時，則近場鏡架側(cè)俯仰軸Ny向正方向運動一個步長，即+D₀，然后再次提取實際近場圖像的中心坐標N(x)，并與Y₀比較，直至y收斂于Y₀的δy鄰域內(nèi)；

4)當y(Y₀-δy)時，則近場鏡架側(cè)俯仰軸Ny向負方向運動一個步長，即-D₀，然后再次提取實際近場圖像的中心坐標N(x)，并與Y₀比較，直至y收斂于Y₀的δy鄰域內(nèi)；

S6：重復S1-S5，直至所述二維功率譜密度圖像的正圓率ρ在1的ε鄰域內(nèi)，從而完成光路的自動準直。