[发明专利]用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置及探测方法

说明书

本发明属于激光探测技术领域，具体涉及一种用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置及探测方法。该探测装置包括CCD传感器、前置放大与预处理单元、采样转换机构、FPGA控制器、PHY芯片和光纤网络接口。本发明探测装置主要用于高功率激光的近场测量，能够很好的探测不同强度分布的激光，从而实现精密的近场测量。同时，该探测装置针对高功率激光进行近场测量时的高信噪比要求，能够实现高动态范围，高信噪比，低非均匀性成像，并且能够稳定输出高质量激光测量图像。此外，该探测装置能够进行采样位置的灵活选取和采样数据的高效处理，使得图像信噪比提高的同时数据处理的灵活性也极大增强。

技术领域

本发明属于激光探测技术领域，具体涉及一种用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置及探测方法。

背景技术

在高功率激光装置中，激光光束截面的光强分布对激光光束的质量以及激光会聚焦斑的影响都是非常大的，为测量光束截面的大动态范围内的光强分布数据，就需要对应的大动态范围的线性探测器与之匹配。现有的很多探测装置其能探测的激光动态范围很小，当对高功率激光进行探测时探测器很容易出现局部图像饱和或探测范围小而导致部分数据失真的现象。

另外，在激光近场测量时需要得到高质量的图像信息，从而进行各种参数测量和计算，此时就需要探测装置的输出图像具有高信噪比，防止图像中混入的噪声会对探测目标产生恶劣的影响甚至淹没有效信号。探测装置的噪声水平同时也直接影响了其自身的动态范围，因此怎样有效的降低探测装置的噪声水平即实现高信噪比图像输出具有重要的现实意义。

传统的探测器在进行信号采样时在采样区域内由于随机噪声的存在导致最终AD转换后的像素数据包含一部分随机噪声，此类噪声不仅使得图像的信噪比降低同时使得探测器的响应非均匀性增大；此外，对CCD输出模拟信号进行采样转换时，AD转换器在单个像素内的不同位置进行采样对所获图像的信噪比也有一定影响。因此，迫切需要一种能够有效降低单像素周期内采样数据所包含的随机噪声同时能够灵活有效的调整采样位置的高信噪比探测装置。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置及探测方法。

本发明的技术解决方案是：一种用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置，其特殊之处在于：包括CCD传感器、前置放大与预处理单元、采样转换机构、FPGA控制器、PHY芯片和光纤网络接口；

所述CCD传感器用于进行激光探测及光电转换，并向前置放大与预处理单元输出模拟电信号；

所述前置放大与预处理单元用于对CCD传感器输出的模拟电信号进行放大和预处理后传输至采样转换机构；

所述采样转换机构用于将输入的模拟电信号转化为数字格式的图像数据并传输至FPGA控制器；

所述FPGA控制器包括数据处理单元和时序产生与调节单元；所述数据处理单元用于对输入的图像数据进行处理后进行存储或输出；所述时序产生与调节单元用于产生并调节CCD驱动时序和AD驱动时序，所述CCD驱动时序用于驱动CCD传感器，所述AD驱动时序用于驱动采样转换机构；

所述光纤网络接口通过PHY芯片与FPGA控制器进行数据传输。

进一步地，上述用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置还包括电平转换单元，所述电平转换单元用于将FPGA控制器的时序产生与调节单元产生的CCD驱动时序进行电平转换，以满足CCD传感器对驱动信号电平的要求。

进一步地，上述用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置还包括DDR2存储器，所述DDR2存储器用于对FPGA控制器的数据处理单元处理后的数据进行存储。

进一步地，上述采样转换机构包括两片相同的AD转换芯片，两片AD转换芯片分别在FPGA控制器输出的两组AD驱动时序作用下对同一像素周期内的不同采样位置进行独立的数据采样与转换。