基于ARM平台的激光光束质量测量系统的开发

摘要

从激光诞生以来，测量激光光束质量一直都是光学方向的一个研究课题。随后在20世纪90年代衍射极限因子M2因子被提出后，国内外各高等院校科研院所都将如何高效测量激光M2因子这个问题作为一个研究的热点。并且随着当前嵌入式行业的发展，各种系统都在向更精简更便捷的方向发展，逐渐会抛弃冗余庞大的硬件设备。
　　本文以实验室现有的基于PC平台开发的激光测量系统为基础，使用ARM平台作为嵌入式处理器完成了一套便携式的激光光束质量测量系统。并能够通过手机实现WIFI远程控制，具体包括以下开发工作：
　　1．实现了将单片机的电机控制功能、PC平台的图像处理及数据处理功能全部集成在ARM平台主程序中。采取多线程工作的方式实现了用GPIO扩展端口实现对电机控制，USB口外接CMOS相机实现图像的采集和处理。
　　2．实现了测量系统的手机端WIFI控制。外置WIFI模块通过串口与ARM开发板进行数据传输，编写了手机端安卓程序，连接WIFI模块局域网后进行TCP通信，实现从手机端发送指令完成测量工作的功能。
　　3．将基于ARM平台的测量系统与已有的基于PC平台的测量系统结果进行了对比和误差分析，结果表明，所开发的基于ARM平台的测量系统能基本达到PC平台测量系统的测量精度，且仍然保持良好的1％测量稳定性。与PC平台测量系统存在差别的主要原因是采用了较低像素的CMOS相机。该系统在图像处理和机电控制等方面还具有相当大的扩展潜力。

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1 绪 论

1.1研究目的与研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要工作

2 激光光束质量测量方案原理

2.1 高斯光束的基本特性

2.2 激光光束参数的测量

2.3 M2因子及其测量方法

2.4 激光光路矫正的方法

2.5 激光光束光斑中心及半径测量方法

2.6 本章小结

3 基于ARM平台的激光光束质量测量系统设计

3.1 系统硬件设计

3.2 软件系统设计

3.3 本章小结

4 实验结果对比与误差分析

4.1 光路矫正结果对比

4.2 M2因子测量精度对比

4.3 误差分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录