摘要 自从激光器问世以来,光学谐振腔稳定技术就一直是激光技术研究的一个 重要课题。在激光器工作过程中,一些内部和外部因素的影响将会导致激光谐 振腔镜空间相对位置发生变化,致使激光束偏离理想状态。最终影响激光束的 方向性、光斑模式的均匀性和激光束的强度等。这是在激光器的使用中所不希 望发生的现象。所以光学谐振腔稳定技术研究就显得尤为重要。 本文讨论了全自动光学谐振腔稳定调节系统。这项研究涉及光、机、电以 及计算机等多个方面。 我们运用光学的有关定律,推导出光学谐振腔镜的倾斜角和光斑偏移量之 间的直接函数关系。为了验证这个理论的正确性,设计了光学谐振腔稳定实验 装置。用带有椭圆内孔的刮刀镜切取光学谐振腔的输出光束到CCD的接收面 上。把CCD接收到的环形光斑输入计算机,进行图象处理与分析,检测出环形 光斑的内外圆环边缘,然后用曲线拟合的方法获得内外圆环中心坐标,计算出 光斑偏移量。由光斑偏移量反演出谐振腔镜的倾斜角,并把腔镜倾斜角反馈给 控制系统。在控制执行机构中,用四个步进电机分别控制两个腔镜的四个失调 角度。采用先进的控制算法,通过电机控制器对每个电机的运动速度和位移进 行动态控制,将光腔的失调量补偿回来。 实验结果表明,依据这样的理论,建立的稳定调节方法是合理的、切实可 行的,对于提高光学谐振腔的稳定性具有显著效果。 关键词:光学谐振腔图象处理光斑偏移边缘检测曲线拟合AbS仃乞ct Abstr8Ct Sineetheinventionoflaser,adjustmenisystemforthestabilityofthe resonatorhasbeentakenintoeonsiderationinresearchoflaser.Someinternaland externalfactorsmaydisalignthemirrorandleadtothedeviationofoutPutbeam fromidealstatus.50theresearehonthestabilityoftheresonator15ofsPeeial lmP0rtance Inthisthesis,wediseussedanautomatieresonatoradjustmentsystem.The researehineludesseveralteehniealfieldssuehasoPtics,meeh翻es,automatie eontrolandeomPuterseienee. W亡dedueedtherelationfunetionbetweentheinelineangleoftheresonator mirrorsandthedeviationofoutPutPatternPositionusingoPtieslaw.Aeeording totherelation,weeanobtaintheinelineangle.Inordertovalidatethetheory,we designstableequiPmentofresonator.Them诉orwithanelliPtieinnerholedefleets theoutPutbeamoflasertoaCCDsensor.ThedataoftheimagereceivedbyCCD 15transformedintoamiero一eomPuterandtheimage15Proeessedandanalyzed. Finallywedeteettheinnerandouteredgeoftheeirque,gettheeenteralPositionof theringbyfittingtheeurveandobtainthedeviationofoPtiesmaladjustment. W七eanobtaininelineangleaeeordingtothedeviationofoPties maladjustmentandtransfertheangleintoeontrolsystem.Ineontrolsystem,four micro一motorseontrolfouranglesofthetwomirrors.Usingadvancedeontrol teehnique,motoreontrolleroPeratesPeedanddisPlaeementofeaehmotorand comPensatethemaladjustmentofresonator. ExPerimentresulthasProvedthatthisstableadjustmentmethod15reasonable andeanimProvestabilityofresonator. Keywords:oPticsresonator:beamPattem:edgedeteetion;eurvefitting; lmageProCesslng目录 目录 摘要 AbstraCt 第一章绪论......‘................................1 1.1国内外激光稳定技术的发展状况....................,.…l 1.2研究光学谐振腔稳定系统的重要性.......................5 1.3本报告的主要研究工作.................................5 第二章光学谐振腔镜稳定调节方法的确定...................7 2 . 1激光器与光学谐振腔...................................7 2 . 2激光光束质量的评价.............................,.…7 2 . 3光学谐振腔镜失调角对输出光斑的影响..................10 第三章图像采集与处理系统..............................18 3 . 1图象采集...........................................19 3.1.1CCD摄像机......................................19 3 . 1.2图象采集卡.................................,…21 3.1.3计算机配置..........,...................22 3 . 2图像预处理.........................................22 3.2.1图像增强.......................................22 3.2.2直方图处理.....................................22 3.2.3图像的平滑.....................................23 3 . 3激光光斑内外圆环的边缘检测..........................业 3 . 3.1边缘检测......................................24 3 . 3 . 2小波变换在图象边缘提取中的应用...................27 3.3.3曲线拟合定位内外圆环中心位置....................28 3 . 4软件的实现...................................、、.30 第四章光学谐振腔的稳定调节控制原理.....................33 4 . IP工D控制算法......................................33 4.2自整定PID控制....................................35 第五章激光谐振腔稳定装置的设计........................38 5 . 1激光谐振腔光学系统.................................38 5 . 2全自动谐振腔稳定系统..............................39 第六章激光谐振腔稳定实验.............................40 6 . 1实验结果及数据分析....,.......................42目录 总结.