[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011271298.1
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112432635B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設計）人: 郝劍;翟躍陽;韓邦成;客洪亮;劉穎;唐照建;穆堂杰;唐陳成
• 申請（專利權(quán)）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01C19/58
• 分類號: G01C19/58;G01C21/08;G01C21/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法，其特征在于：具體步驟如下：

(1)基于信號源，聲光調(diào)制器及其驅(qū)動的數(shù)字信號接口，搭建并調(diào)試脈沖光產(chǎn)生系統(tǒng)；

(2)通過測試，給出聲光調(diào)制器一級和零級衍射光分離所需最短的光路長度；

(3)利用光束質(zhì)量分析儀測試經(jīng)過聲光調(diào)制器后衍射的一級和零級光斑的參數(shù)包括光斑形狀、光束方位角、測試面的功率強度變化曲線；

(4)基于Tracepro軟件Scheme宏語言對測試的光斑形狀進行程序編寫，同時基于表面光源編輯器功能對光束的方位角進行編輯，進而實現(xiàn)一級和零級衍射光源的建模仿真；并采用NCC(normalized cross correlation)比對統(tǒng)一位置處模擬仿真的光源和實際光源測試的照度分布曲線的一致性，直至NCC比對滿足設計需求；

(5)建模后的光源，通過對非球面透鏡的設計，零級和一級衍射光在最短距離處實現(xiàn)分離；

(6)通過對自由曲面聚焦透鏡的設計，實現(xiàn)一級衍射光的聚焦，入射至光電探測器；

(7)將光電探測器探測到的光信號，輸入至PID控制器之后將PID控制器輸出的結(jié)果經(jīng)聲光調(diào)制器模擬信號，設計光功率穩(wěn)定的反饋回路，實現(xiàn)功率的穩(wěn)定輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法，其特征在于：步驟(1)中，對信號源、聲光調(diào)制器及其驅(qū)動的控制均是時序控制，通過信號源產(chǎn)生方波調(diào)制信號，從數(shù)字接口輸入至驅(qū)動，后輸入至聲光調(diào)制器，利用其一級衍射光隨輸入信號的開啟和關(guān)斷產(chǎn)生相應的變化，產(chǎn)生脈沖光。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法，其特征在于：步驟(3)中，方位角的測量，主要通過旋轉(zhuǎn)光束質(zhì)量分析儀，以獲得不同極坐標角度的方位角；其次，基于光功率和光照度的關(guān)系，推導光照度的變化曲線。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法，其特征在于：步驟(4)中，采用NCC比對統(tǒng)一位置處模擬仿真的光源和實際測試的照度分布曲線的一致性，微調(diào)光斑尺寸和方位角大小、同時旋轉(zhuǎn)光源與光軸的夾角，直至NCC比對大于98％；計算公式如下：

其中，x和y分別為待測面的橫縱坐標值，I為實測值，為實測I的平均值，T為模擬值，為實測T的平均值，M和N分別為x和y方向的采樣值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法，其特征在于：步驟(5)中，通過對非球面透鏡的設計利用Tracepro軟件對非球面透鏡進行調(diào)試設計實現(xiàn)，非球面透鏡的兩面均為非球面，設光軸為z軸，即非球面的對稱軸，坐標原點取在頂點，非球面的標準方程為：

其中，Z(r)為鏡面的凹陷度；r為鏡面的孔徑半徑；c為曲率半徑的倒數(shù)；A_2i為r的各階系數(shù)；k為曲面的圓錐系數(shù)；基于Tracepro軟件對非球面透鏡進行建模仿真，對參數(shù)進行調(diào)試，以在最短距離處實現(xiàn)一級和零級衍射光的分離。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法，其特征在于：光電探測器選用尺寸小于4mm的型號。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法，其特征在于：步驟(6)中，基于Tracepro軟件的優(yōu)化引擎(Interctive optimizer)功能，將非球面透鏡的結(jié)構(gòu)導入，利用Toolbox功能，對導入的非球面添加分割點(segment point)，以光電探測器光信號入口的尺寸為優(yōu)化目標面，以光通量最大為優(yōu)化目標，建立優(yōu)化通道，對自由曲面聚焦透鏡進行優(yōu)化設計。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生功率穩(wěn)定的脈沖光系統(tǒng)的小型化設計方法，其特征在于：通過光電探測器探測到光信號轉(zhuǎn)化為電信號，輸入至PID控制器進行穩(wěn)功率設計，輸出至聲光調(diào)制器的驅(qū)動，調(diào)制光功率，實現(xiàn)反饋控制。