基于声光调制的激光功率稳定控制系统

摘要

在光辐射计量领域中，低温绝对辐射计采用了电替代、超低温、超电导和双层冷屏蔽等先进技术方法，使得光辐射计量的精度得到了大幅的提高。为了能够最大限度的发挥低温绝对辐射计的技术优势，要求其配备的激光光源能够输出功率高稳定度的激光信号，而常见的激光器由于受到电源注入电流、工作温度、模式跳变以及增益系数等因素的影响，使得其输出激光信号的功率波动通常不小于1％，为了满足这一实际应用需求，需要研制一套激光功率稳定控制系统，使其能够输出功率更加稳定的激光信号。基于这一应用背景，本文设计了一套基于声光调制的激光功率稳定控制系统，并通过搭建实际系统完成了系统功能验证的工作。
　　本文在对国内外有关激光器输出功率稳定控制技术的研究基础上，说明了目前相关技术手段的优势及其限制，然后简要介绍了激光器的发展，并对激光器的分类做了解释说明。在对氦氖激光器和半导体激光器的输出功率波动的原因分析后，引出了各类功率稳定控制技术，重点介绍了以声光调制为代表的外调制技术。由于外调制可以实现高稳定度的激光功率控制，因此本文采用声光调制的方式来稳定激光功率，设计的激光功率稳定控制系统主要由光路控制模块、光电放大模块以及反馈控制器组成。其中反馈控制器使用FPGA作为主控芯片，配合使用PID算法，完成对激光功率控制的功能。根据设计方案搭建了系统并详细分析了在不同实验条件下得到的实验数据，通过实验数据分析证明了本功率稳定系统可以适用于不同波长激光器的激光功率控制，能够长时间稳定工作。多次重新搭建系统在红外及紫外波段均得到了输出激光功率稳定度优于0.05％/h的控制效果，使用本功率稳定控制系统后输出的激光可以作为低温绝对辐射计等精密测量系统的稳定光源。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国外激光功率稳定控制技术的发展

1.3 国内激光功率稳定技术的发展

1.4 本论文研究内容

第二章 声光调制在激光功率稳定中的应用

2.1 激光器的工作原理与分类

2.2 激光器输出功率波动的原因分析

2.3 激光功率调制技术

2.4 声光调制器的工作原理

2.5 本章小结

第三章 激光功率稳定控制系统设计与实验搭建

3.1 激光功率稳定控制系统的主要构成

3.2 系统工作原理

3.3 系统反馈控制器的设计

3.4 系统光路搭建的注意事项

3.5 本章小结

第四章 系统实验结果分析

4.1 红外激光器功率控制实验的分析与讨论

4.2 紫外激光器功率控制实验的分析与讨论

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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