[发明专利]一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法

权利要求书

1.一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)基于信号源，声光调制器及其驱动的数字信号接口，搭建并调试脉冲光产生系统；

(2)通过测试，给出声光调制器一级和零级衍射光分离所需最短的光路长度；

(3)利用光束质量分析仪测试经过声光调制器后衍射的一级和零级光斑的参数包括光斑形状、光束方位角、测试面的功率强度变化曲线；

(4)基于Tracepro软件Scheme宏语言对测试的光斑形状进行程序编写，同时基于表面光源编辑器功能对光束的方位角进行编辑，进而实现一级和零级衍射光源的建模仿真；并采用NCC(normalized cross correlation)比对统一位置处模拟仿真的光源和实际光源测试的照度分布曲线的一致性，直至NCC比对满足设计需求；

(5)建模后的光源，通过对非球面透镜的设计，零级和一级衍射光在最短距离处实现分离；

(6)通过对自由曲面聚焦透镜的设计，实现一级衍射光的聚焦，入射至光电探测器；

(7)将光电探测器探测到的光信号，输入至PID控制器之后将PID控制器输出的结果经声光调制器模拟信号，设计光功率稳定的反馈回路，实现功率的稳定输出。

2.根据权利要求1所述的一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法，其特征在于：步骤(1)中，对信号源、声光调制器及其驱动的控制均是时序控制，通过信号源产生方波调制信号，从数字接口输入至驱动，后输入至声光调制器，利用其一级衍射光随输入信号的开启和关断产生相应的变化，产生脉冲光。

3.根据权利要求1所述的一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法，其特征在于：步骤(3)中，方位角的测量，主要通过旋转光束质量分析仪，以获得不同极坐标角度的方位角；其次，基于光功率和光照度的关系，推导光照度的变化曲线。

4.根据权利要求1所述的一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法，其特征在于：步骤(4)中，采用NCC比对统一位置处模拟仿真的光源和实际测试的照度分布曲线的一致性，微调光斑尺寸和方位角大小、同时旋转光源与光轴的夹角，直至NCC比对大于98％；计算公式如下：

其中，x和y分别为待测面的横纵坐标值，I为实测值，为实测I的平均值，T为模拟值，为实测T的平均值，M和N分别为x和y方向的采样值。

5.根据权利要求1所述的一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法，其特征在于：步骤(5)中，通过对非球面透镜的设计利用Tracepro软件对非球面透镜进行调试设计实现，非球面透镜的两面均为非球面，设光轴为z轴，即非球面的对称轴，坐标原点取在顶点，非球面的标准方程为：

其中，Z(r)为镜面的凹陷度；r为镜面的孔径半径；c为曲率半径的倒数；A_2i为r的各阶系数；k为曲面的圆锥系数；基于Tracepro软件对非球面透镜进行建模仿真，对参数进行调试，以在最短距离处实现一级和零级衍射光的分离。

6.根据权利要求1所述的一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法，其特征在于：光电探测器选用尺寸小于4mm的型号。

7.根据权利要求1所述的一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法，其特征在于：步骤(6)中，基于Tracepro软件的优化引擎(Interctive optimizer)功能，将非球面透镜的结构导入，利用Toolbox功能，对导入的非球面添加分割点(segment point)，以光电探测器光信号入口的尺寸为优化目标面，以光通量最大为优化目标，建立优化通道，对自由曲面聚焦透镜进行优化设计。

8.根据权利要求1所述的一种产生功率稳定的脉冲光系统的小型化设计方法，其特征在于：通过光电探测器探测到光信号转化为电信号，输入至PID控制器进行稳功率设计，输出至声光调制器的驱动，调制光功率，实现反馈控制。