激光束指向稳定系统研究--《中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)》2012年硕士论文
激光束指向稳定系统研究
【摘要】：随着光学系统在应用领域方面的不断扩展，动态干扰问题仍然一直困扰着光学系统设计者。论文主要围绕激光束指向稳定系统从光路设计到最终实现光束指向稳定的控制，介绍了光路中主要元件二维四边形位置敏感探测器、FSM(FastSteeringMirror)系统（FSM-300和FSM-CD300B）以及控制系统的闭环实现。
对于伺服控制系统，给定量的准确性直接决定了控制系统的最终控制效果，激光束指向稳定系统的关键在于对光斑位置偏移量的检测。位置传感器PSD(PositionSensingDetector)是连续型模拟器件，基于半导体PN结横向光电效应的位置传感器件，是一种能测量光斑重心在探测器表面上连续位置的光学传感器。实验选用了Sitek公司的型号为2L10_SU65_SPC02的二维四边形位置敏感探测器，测量目标光斑的二维位置偏移量，并针对杂散光对PSD造成的干扰进行误差分析并得出相应结论。
在DOS操作系统BorlandC++3.1builder环境下编写C语言程序，通过A823PGL的两路D/A输出通道输出频率为1Hz、10Hz、50Hz、100Hz不同幅值的正弦信号，验证FSM系统在正弦模式下的系统频率特性。并建立激光束指向稳定伺服控制系统的数学模型，采用经典控制理论中的PI控制，根据超调量与稳态误差的大小调整PI控制参数，使得快速偏转镜的出射光束指向PSD中心，达到稳定光束的目的。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TN24;TP273【目录】：
摘要4-5Abstract5-6目录6-8第一章 绪论8-12 1.1 背景8-10 1.2 本文主要工作10-12第二章 实验设计12-22 2.1 实验光路设计12-13 2.2 实验设备13-16 2.3 数据采集16-22
2.3.1 A-823PGL简介16-17
2.3.2 A/D转换17-19
2.3.3 数据处理19-22第三章 二维位置敏感探测器22-49 3.1 PSD的理论基础22-28
3.1.1 PSD的结构22-24
3.1.2 PN结横向光电效应24-25
3.1.3 新型位置敏感探测器25-27
3.1.4 PSD与CCD的主要区别27-28 3.2 基于PSD光斑测量的分析28-37
3.2.1 2L10_SU65_SPC0228-29
3.2.2 信号处理29-30
3.2.3 四路和差信号30-31
3.2.4 位置计算公式31-35
3.2.5 位置分辨率35-37 3.3 误差分析37-44
3.3.1 杂散光对探测精度的影响37-41
3.3.2 电源噪声41-42
3.3.3 PSD的边缘特性42-44 3.4 对于入射激光功率的要求44-49
3.4.1 测量及衰减激光功率44-45
3.4.2 饱和极限功率45-49第四章 快速偏转镜FSM49-60 4.1 FSM49-51
4.1.1 FSM系统49
4.1.2 FSM-300组成49-51 4.2 FSM控制器51-52 4.3 频域分析法52-60
4.3.1 编写正弦函数C代码52-53
4.3.2 从低频到高频控制效果比较53-56
4.3.3 用正弦函数控制FSM实现对PSD的验证56-60第五章 PID控制器60-68 5.1 控制系统建模60-63 5.2 控制系统时域分析63-68第六章 总结68-70参考文献70-72攻读硕士学位期间发表的文章72-74致谢74-76附录76-95 附录A 正弦 C 程序代码76-81 附录B 伺服控制 C 程序代码81-95
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