基于MATLAB的激光聚焦焦点判别系统的研究

论文摘要

激光技术和激光器日新月异的发展,使激光广泛应用于各大领域。根据实际需求,有时要求几种不同波长的激光光源同光路使用,光纤耦合激光器就能满足条件。激光聚焦点的位置是影响光纤耦合激光器耦合效率的重要因素之一,对其进行精确定位,更有利于提高光纤耦合效率。本文涉及632.8nm和355nm两种波长的激光光源耦合进光纤,原始激光器发出的激光束光斑直径大、有发散角且355nm波长激光具有不可见性。为了使激光束更好的耦合进光纤,本文首先用ZEMAX设计了一组聚焦透镜来聚焦激光束,然后采用CCD相机采集激光聚焦点前后位置图像,并通过MATLAB计算光斑直径,直径最小位置即是聚焦点位置。实验结果表明:测量的焦点位置和大小均可精确到0.001 mm,不同波长激光聚焦点位置不同,聚焦透镜组焦距实际值与理论值的相对误差分别为0.59%和0.73%,最终光纤耦合效率分别达到30%和40%以上,光纤出射激光功率满足使用要求。所设计方法对不可见波长聚焦点的精确定位更显优势。本文设计的双波长光纤耦合激光器被应用于大口径平行光管系统,为了保证平行光管的使用精度,防止发生离焦现象,平行光管系统需要实时检焦。同样采用CCD相机于平行光管焦面处实时采集图像,MATLAB计算焦面光斑大小,通过与光斑标准值比较大小,判断平行光管是否离焦。此外对离焦校正方法也做出详细阐述,结果符合平行光管焦面质量有数字表示和画面显示的要求。本文设计的基于MATLAB图像处理的聚焦点判别方法设计简单、成本低、具有自动性和精确性等特点,可满足实际项目的应用需求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 成像光学系统检焦国内外研究现状
•     1.2.2 非成像光学系统检焦国内外研究现状
•   1.3 本文主要研究内容及章节安排
• 第二章 聚焦点判别系统基本理论
•   2.1 光学系统定焦方法理论
•     2.1.1 光学系统传统定焦方法
•     2.1.2 光学系统计算机定焦方法
•   2.2 平行光管质量检测方法理论
•     2.2.1 像质水平的检测
•     2.2.2 焦平面位置的标定
•   2.3 MATLAB在数字图像处理中的应用
•     2.3.1 MATLAB软件概述
•     2.3.2 基于MATLAB的数字图像处理技术
•     2.3.3 数字图像处理的主要内容
•   2.4 本章小结
• 第三章 双波长激光聚焦系统设计研究
•   3.1 双波长光纤耦合激光器耦合系统
•     3.1.1 光纤耦合激光器耦合方法
•     3.1.2 光纤耦合激光器耦合效率影响因素
•   3.2 双波长激光聚焦点定位系统设计
•     3.2.1 双波长激光聚焦点定位系统设计思路
•     3.2.2 聚焦组合透镜光学设计
•     3.2.3 圆拟合方法
•   3.3 双波长激光聚焦点定位系统实验验证
•     3.3.1 双波长激光聚焦点定位系统实验搭建
•     3.3.2 双波长激光聚焦点定位实验步骤
•     3.3.3 双波长激光聚焦点定位实验结果与分析
•   3.4 双波长光纤耦合激光器耦合效率测量
•   3.5 本章小结
• 第四章 大口径平行光管实时检焦系统设计研究
•   4.1 大口径平行光管系统装调
•     4.1.1 主镜装调
•     4.1.2 平行光管系统装调
•   4.2 大口径平行光管实时检焦系统设计思路
•   4.3 大口径平行光管实时检焦实验验证
•     4.3.1 大口径平行光管实时检焦实验搭建
•     4.3.2 大口径平行光管实时检焦实验步骤
•     4.3.3 大口径平行光管实时检焦实验结果与分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论
•   5.1 论文工作总结
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张健

导师: 胡明勇

关键词: 图像处理,激光聚焦点,双波长,光学设计,平行光管

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 合肥工业大学

分类号: TP391.41;TN24

总页数: 78

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