专利名称：一种晶体最佳匹配角自动测量系统和方法
技术领域：
本发明涉及光学技术、计算机技术、自动控制技术领域，尤其涉及一种晶体最佳匹 配角自动测量系统和方法。
背景技术：
在固体高功率激光系统中，需对KDP晶体进行高精密装校。但在装校前需通过高 功率密度下不同空间位置晶体最佳匹配角的精密测试，以及不同位置三倍频效率绝对值的 测定，以便于降低装校难度和提高装校速度。该装置实现针对KDP晶体最佳匹配角的自动化测量，其主要功能是实现激光的准 直控制， 测量数据的自动采集、存储与分析，集成调试准直、测量系统和高精度的测试要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种晶体最佳匹配角自动测量系统和方法。本发明采用以下技术方案一种晶体最佳匹配角自动测量系统，包括，光路子系统和、运动控制子系统和数据 处理子系统；光路子系统包括，脉冲激光器，分光镜A，分光镜B，反射镜A，潜望镜A，潜望镜 B，反射镜B，分光镜C，光路子系统原理为在脉冲激光器发出激光后，由分光镜A将入射光 束分为两束一束入射到功率计A上；另一束光经过分光镜B和反射镜A后入射到潜望镜 A，光束经过被测晶体后入射到潜望镜B上，经过潜望镜B反射后入射到放置在被测晶体后 的功率计B上，潜望镜A和B由运动控制子系统驱动实现同步二维扫描运动，运动控制子系 统同时还用于控制被测晶体的旋转、潜望镜A和B中的反射镜的微角度驱动；所述数据处理 子系统主要用于监测功率计A和B的功率计量读数、对通过CXD获取的激光光斑图像进行 质量分析、对激光自准直仪A和晶体自准直仪B的准直数据进行采集。所述的晶体最佳匹配角自动测量方法，包括以下步骤(1)测量准备搭建光路， 并检测运动平台的运动控制、晶体调整架运行、CXD图像采集、自准直仪和功率计是否运行 正常，若异常，需调试或维修以达到正常水平；并将被测晶体上架，并调整到测试位置；设 置参数；(2)光路准直通过采集晶体自准直仪B的数据，由运动控制子系统驱动被测晶体 调整位置，以确保被测晶体和大口径标准晶体的姿态一致；通过采集激光自准直仪A的数 据，微驱动潜望镜A和B中的反射镜，以达到入射激光垂直于晶体表面；(3)晶体全自动多点扫描测量对每个测量点采集5对有效数据，按预设置的处理 规则计算该点的最佳匹配角；
一 /= ,；'= W(4)计算被测晶体mXn点阵最佳匹配角的统计平均值& = Σθυ
'=W=1 ο本发明主要解决2个问题(1)晶体最佳匹配角确定根据不同位置晶体最佳匹配角的mXn点阵排布的测试结果，计算出高功率密度下晶体最佳匹配角的全口径统计平均值；(2)晶体倍频效率分级判断以晶体最佳匹配角的全口径统计平均值为基础，计 算不同位置晶体最佳匹配角与平均值的差异，以及不同位置倍频效率绝对值的空间点阵排 布 ，和不同位置最佳匹配角所对应的光束质量，采用BP神经网络算法给出晶体的倍频效率 级别，最后根据倍频效率级别来判断晶体能否使用。
图1本发明晶体最佳匹配角测量装置的光路及控制、数据采集示意图；图2本发明全口径扫描方式说明虚线为返回路线，实线为检测路线。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。如图1所示，系统包括，光路子系统和、运动控制子系统和数据处理子系统；光路 子系统包括，脉冲激光器，分光镜A，分光镜B，反射镜A，潜望镜A，潜望镜B，反射镜B，分光 镜C，光路子系统原理为在脉冲激光器发出激光后，由分光镜A将入射光束分为两束一束 入射到功率计A上；另一束光经过分光镜B和反射镜A后入射到潜望镜A，光束经过被测晶 体后入射到潜望镜B上，经过潜望镜B反射后入射到放置在被测晶体后的功率计B上，潜望 镜A和B由运动控制子系统驱动实现同步二维扫描运动，运动控制子系统同时还用于控制 被测晶体的旋转、潜望镜组中的反射镜的微角度驱动；所述数据处理子系统主要用于监测 功率计A和B的功率计量读数、对通过CCD获取的激光光斑图像进行质量分析、对激光自准 直仪A和晶体子准直仪B的准直数据进行采集，完成被测晶体上各个测量点在不同匹配角 状态时的能量变化值的测量，晶体自准直仪的数据采集与处理功能就是保证对每个测量点 进行测试时晶体所在姿态是一致的(通过大口径标准晶体为参考来实现)。潜望镜A和B的二维扫描运动控制主要完成被测晶体从左到右、从上到下测量顺 序的mXn点阵分布的全口径测量功能，潜望镜组中的反射镜的微角度驱动控制功能主要 确保入射激光垂直于被测晶体表面。数据处理子系统的数据处理规则(1)对功率计A和功率计B的数据处理规则接收数据有效性判断功率计A和功率计B能量数据对应输出，奇异点剔除，若功 率计A输出为奇异点，则相应功率计B该点无效，反之若功率计B输出为奇异点，则相应功 率计A该点无效，S卩A和B的输出均有效时，才认为是有效数据对。当测量角的有效数据对 超过5个时指令控制系统将被测晶体旋转到下一个测量角。对于每一个测量点X，将对应的能量El (由功率计A测量)和E2(由功率计B测 量)分别求取平均值(即5对有效测试数据)得到el和e2，进一步计算e2除以el的值得 到y。采用三次样条算法拟合y关于Χ点的匹配角的归一化曲线，根据拟合曲线找出最高点 时对应的X值作为最佳匹配角。对于该测量点X，晶体要旋转，要测量很多角度，不同角度其 y值不一样。最高y值对应的角度即为该测量点的最佳匹配角；还可设置计算重复测量匹配角的能量比的次数，不一定是5次。可以在3 50内 任意设置。5次是实验中得出在测试时间和测试精度间的一个平衡结果。
以各测量点的晶体最佳匹配角的全口径统计平均值为基础，计算不同位置晶体最 佳匹配角与平均值的差异，以及不同位置倍频效率绝对值的mXn点阵排布，并计算出全口 径内该晶体能实现的三倍频效率。(2)激光光束质量分析对入射于CCD的光斑图像，提取该激光光斑的质心、能量分布等参数，分析光束质 量。通过这些参数随各个点的分布曲线(每个测量点，均对应一组光束质量参数。这样就 构成了一系列分布曲线)来分析各个测量点的光束质量，将这些数据作为晶体倍频效率优 劣分级的输入数据之一。(3)晶体倍频效率优劣分级规则以晶体最佳匹配角的全口径统计平均值为基础，计算不同位置晶体最佳匹配角与 平均值的差异，以及不同位置倍频效率绝对值的空间点阵排布，和不同位置最佳匹配角所 对应的光束质量参数(光斑的质心、能量分布)，采用BP神经网络算法给出晶体的倍频效率 级别。晶体倍频效率分级判断以晶体最佳匹配角的全口径统计平均值为基础，计算不 同位置晶体最佳匹配 角与平均值的差异，以及不同位置倍频效率绝对值的空间点阵排布， 并推导出全口径内该晶体能实现的三倍频效率，根据倍频效率级别来判断晶体能否使用。测量流程(1)测量准备按图1所示搭建光路，并检测运动平台的运动控制、晶体调整架运 行、CCD图像采集、自准直仪和功率计等设备是否运行正常，若异常，需调试或维修以达到正 常水平；并将被测晶体上架，并调整到测试位置。在软件系统设置测试点阵mXn中m、n的 值和晶体的尺寸，系统根据输入的参数将自动设置二维扫描的步距。(2)光路准直通过采集激光自准直仪A数据，微驱动潜望镜组中的反射镜，以达到 入射激光垂直于晶体表面。通过采集晶体自准直仪B数据，驱动被测晶体调整架，以确保被 测晶体和大口径标准晶体的姿态一致。(3)晶体全自动多点扫描测量，采用如图2所示的扫描顺序，在对每点测试前需进 行步骤2的光路准直。测量点的每个匹配角需有5对有效数据，按前述的数据处理规则计 算该点的最佳匹配角。匹配角的增量幅度可由系统任意设置。由二维扫描控制系统驱动潜 望镜A和潜望镜B完成多点扫描。
权利要求
1.一种晶体最佳匹配角自动测量系统，其特征在于，包括，光路子系统、运动控制子系 统和数据处理子系统；光路子系统包括，脉冲激光器，分光镜A，分光镜B，反射镜A，潜望镜 A，潜望镜B，反射镜B，分光镜C，光路子系统原理为在脉冲激光器发出激光后，由分光镜A 将入射光束分为两束一束入射到功率计A上；另一束光经过分光镜B和反射镜A后入射到 潜望镜A，光束经过被测晶体后入射到潜望镜B上，经过潜望镜B反射后入射到放置在被测 晶体后的功率计B上，潜望镜A和B由运动控制子系统驱动实现同步二维扫描运动，运动控 制子系统同时还用于控制被测晶体的旋转、潜望镜A和B中的反射镜的微角度驱动；所述数 据处理子系统主要用于监测功率计A和B的功率计量读数、对通过CXD获取的激光光斑图 像进行质量分析、对激光自准直仪A和晶体自准直仪B的准直数据进行采集。
2.根据权利要求1所述的晶体最佳匹配角自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)测量准备搭建光路，并检测运动平台的运动控制、晶体调整架运行、CXD图像采集、自 准直仪和功率计是否运行正常，若异常，需调试或维修以达到正常水平；并将被测晶体上 架，并调整到测试位置；设置参数；(2)光路准直通过采集晶体自准直仪B的数据，由运动控制子系统驱动被测晶体调整 位置，以确保被测晶体和大口径标准晶体的姿态一致；通过采集激光自准直仪A的数据，微 驱动潜望镜A和B中的反射镜，以达到入射激光垂直于晶体表面；(3)晶体全自动多点扫描测量对每个测量点采集5对有效数据，按预设置的处理规则 计算该点的最佳匹配角；_ i=nj=m(4)计算被测晶体mXn点阵最佳匹配角的统计平均值》=Σθυ'.=W=I ο
全文摘要
本发明公开了一种晶体最佳匹配角自动测量系统及其方法，包括光路子系统、运动控制子系统和数据处理子系统；光路子系统包括，脉冲激光器，分光镜A，分光镜B，反射镜A，潜望镜A，潜望镜B，反射镜B，分光镜C；运动控制子系统同时还用于控制被测晶体的旋转、潜望镜A和B中的反射镜的微角度驱动和同步二维扫描运动；所述数据处理子系统主要用于监测功率计A和B的功率计量读数、对通过CCD获取的激光光斑图像进行质量分析、对激光自准直仪A和晶体自准直仪B的准直数据进行采集。
文档编号G01B11/26GK102095388SQ20101060623
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者张劲峰, 徐旭, 王俊波, 范勇, 陈念年 申请人:西南科技大学