激光能量衰减系统的研制

摘要

激光能量衰减器是薄膜损伤阈值测试系统中重要的部件。随着强激光的广泛应用，激光加固与安全也得到了更深层次的研究。课题基于多波长共光路激光薄膜损伤阈值测试技术合作研究，研制了一套适用于薄膜损伤阈值测系统的衰减器。论文在传统机械式单一波长衰减器基础上，实现了对不同波长激光能量的宽范围智能化衰减。
　　论文选用中性密度滤光片作为衰减单元，实现了对不同波长衰减。滤光片固定在轮盘上进行三级级联，通过步进电机驱动轮盘旋转，实现了激光能量宽范围衰减;程序设计定时器中断输出脉冲，确保了系统的衰减精度。通过输出不同频率的脉冲，对系统复位和衰减进行独立驱动，提高了系统的衰减效率;机械结构中的压轮、顶丝以及三角带等机械装置能够提高衰减系统的稳定性和可重复性。霍尔传感器作为对滤光片的位置监控，提高了系统的控制精度和稳定性。对设计的衰减范围进行优化和校正，提取出70组衰减组合，实现对激光能量的快速粗调和精密细调;设计了对应的电路以及人机交互界面，使得激光能量能够快速智能化衰减。
　　对研制的衰减系统进行实验验证，结果表明:在同一光路中衰减器能够对不同的激光波长实现智能化衰减，具有16.51dB的衰减范围，衰减器的稳定性和重复性都满足使用要求，适用于多波长共光路薄膜损伤阈值测试系统。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究状况

1．3 研究目的及意义

1．4 本文的主要研究工作

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

1．5 本章小结

2 衰减器设计相关理论基础

2．1 光衰减器相关概念

2．2 常见的衰减类型

2．3 PWM脉冲理论

2．3．1 脉冲宽度调制简介

2．3．2 PWM控制基本原理

2．4 本章小结

3 衰减器方案设计

3．1 设计背景

3．2 衰减模块设计

3．3 机械结构设计

3．4 衰减范围设计

3．5 本章小结

4 硬件选型及电路设计

4．1 伺服电机

4．2 步进电机

4．2．1 步进电动机的工作原理

4．2．2 步进电机特点

4．2．3 步进电机的速度与定位控制

4．3 步进电机与伺服电机性能对比

4．4 步进电机及驱动的选型

4．5 主控芯片的选型

4．6 步进电机控制系统

4．6．1 传统步进电机控制系统

4．6．2 计算机控制步进电机系统

4．7 步进电机细分控制

4．7．1 细分控制原理

4．7．2 细分控制好处

4．7．3 步进电机实现细分驱动的方珐

4．8 电路设计

4．9 本章小结

5 软件设计

5．1 Keil MDK开发环境介绍

5．2 定时器模块

5．3 A／D转换模块

5．4 霍尔传感器

5．4．1 霍尔传摩器的工作原理

5．4．2 霍尔传感器在步进直线电机中的应用

5．5 上电复位模块

5．6 上位机界面设计

5．7 本章小结

6 实验验证

6．1 衰减系统校正

6．2 实验验证

6．2．1 衰减系统验证

6．2．2 重复性验证

6．3 组合透过率线性度优化

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

声明

附件