[发明专利]一种光束指向控制方法

说明书

技术领域

本发明属于激光器光束控制技术领域，具体地说涉及一种光束指向控制方法。

背景技术

大型固体激光装置的光路调试主要包含对光束位置和光束指向的诊断与控制，通常以一组对应的光束近场、远场中心坐标，确定光束的位置和指向。近场通常是位于平行光路中某处，代表光束的位置；远场位于光路焦面处，代表光束的指向。通常认为实验所获得的激光束近场图像仅包含光束的位置信息，而不包含光束指向信息，因此，光束位置和指向信息必须分别从两幅独立的近场和远场图像中获取。

光束指向信息的诊断一般选用滤波小孔作为基准，常用诊断方法如下：a)采用负透镜对激光进行发散，监测远场位置的小孔成像信息，再将负透镜推出，采集激光的实际远场图像，处理获得远场的形心或质心，与小孔图像中心对比，获得光束指向的偏差信息；b)采用在近场位置推入具有周期性结构的器件，如钢板尺、光栅等，同时采集小孔和光束硬边衍射后的图像，通过对比衍射条纹与小孔中心之间的关系，获得光束指向的偏差信息。上述方法均需要引入辅助的器件或者光学系统，来实现对光束指向信息的提取。由于光束位置和指向信息需要分别从近场和远场图像中获取，导致需要配置两套相应的图像采集系统和辅助器件(如负透镜、光栅等)，增加成本投入，并且无法实时获得光束指向信息和位置信息。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种实现光束位置信息与指向信息的实时诊断、减少调试所需时间、容忍度高、实用性强、适用范围广的光束指向控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光束指向控制方法，采集光束近场图像，从所述近场图像中提取光束指向信息并将其进行量化，得到光束指向偏差，根据所述光束指向偏差，实现闭环控制。

进一步，所述光束近场图像的采集方法为：

由激光源发射激光光束，所述激光光束穿过含滤波小孔的4f成像系统，将穿过所述4f成像系统的光束近场图像成像到激光器的近场测量系统，即得所述光束的近场图像。

进一步，所述光束指向信息的提取方法为：

对所述近场图像进行傅里叶变换，得到近场二维功率谱密度图，观察所述近场二维功率谱密度图，得到光束指向信息。

进一步，对所述近场二维功率谱密度图进行观察的方法为：

在所述近场二维功率谱密度图上呈现一个单圆，此时所述光束经过滤波小孔的中心，即得到所述光束指向信息；

在所述近场二维功率谱密度图上呈现两个部分重叠的单圆，所述两个单圆组成一个套圆，此时所述光束经过滤波小孔时，与滤波小孔的中心存在偏差，即得到所述光束指向信息。

进一步，所述两个单圆分别为4f成像系统的滤波小孔像和其共轭像，所述滤波小孔像与其共轭像的重叠部分越少，所述光束经过滤波小孔时，与滤波小孔中心的偏差越大。

进一步，对所述光束指向信息进行量化的方法为：

对所述近场二维功率谱密度图进行二值化处理，量化所述光束在滤波小孔处的光斑中心与滤波小孔中心的偏差并标记为L，即得到所述光束指向偏差，所述光束的光斑中心与套圆的重合部分中心重合，所述滤波小孔的中心与滤波小孔像的中心重合。

进一步，所述偏差L分解成X轴方向的偏差ΔX和Y轴方向的偏差ΔY，所述两个单圆的圆心连接线与X轴的夹角标记为θ，则所述ΔX＝L*cosθ，ΔY＝L*sinθ。

进一步，所述偏差L与单圆的直径D、两个单圆的最远距离S匹配，且L=S-D2.]]>

进一步，根据所述光束指向偏差，实现闭环控制：

根据X轴和Y轴方向的偏差，调节激光器内反射镜的姿态，调节光束指向，以缩小光束指向偏差，实现对光束指向闭环控制。

进一步，所述激光器的设计标准偏差标记为L′，所述反射镜设置在电动镜架上，通过控制所述电动镜架的电机调节反射镜的姿态，具体调节方法为：

(1)反射镜调节指向信息的系数标定

将所述电机在水平方向和垂直方向，分别移动一步，由所述激光源发射激光光束，利用所述近场测量系统采集光束的近场图像，并进行傅里叶变换，得到近场二维功率谱密度图，量化指向偏差L1、ΔX1和ΔY1，即完成反射镜调节指向信息的系数标定；