激光直寫機的光功率控制系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、激光直寫技術是制作二元光學元件的一種重要方法。在制作過程中，用于刻蝕的激光，其功率的穩(wěn)定程度對于加工元件的質量十分重要。然而激光器受很多外界因素的影響，導致輸出功率會產生漂移，這直接影響了被刻蝕的細微圖形質量。因此必須對激光輸出光功率進行控制，以達到穩(wěn)定功率輸出并且連續(xù)可調。
　　以聲光調制器(AOM)作為執(zhí)行器的系統(tǒng)能夠很好的解決這一技術難題。在分析了AOM的性能和特點的基礎上，選擇了適合系統(tǒng)的AOM，并在MATLAB環(huán)境下，成

2、功辨識出AOM的數(shù)學模型，然后借助SIMULINK工具箱，設計出PID控制系統(tǒng)的仿真模型。在以上理論分析的基礎上，設計了光功率閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用采樣+1級衍射光控制+1級的方式，衍射光經過光電轉換變成電信號，再經過放大濾波，輸入到以現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為主芯片的板卡上，經過運算處理，輸出給AOM的驅動器以控制衍射光光功率，使得系統(tǒng)在激光器有較大噪聲輸出時，也能保證光功率穩(wěn)定并連續(xù)可調。
　　采用FPGA實現(xiàn)PID控制器

3、，實際上是利用數(shù)字邏輯電路來完成PID控制。本文在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA的、改進型并行結構的PID控制器設計方法，這種方法可以有效的減少邏輯運算，加快運算速度。
　　實驗結果表明，通過閉環(huán)控制的系統(tǒng)，+1級衍射光光功率的最大偏差量為0.008mw，隨時間的穩(wěn)定度S=t0.399％。系統(tǒng)的調整時間約為300μs，比受控前提高了近3倍。
　　論文對整個系統(tǒng)的硬件設計、改進型并行結構的PID控