论文摘要
激光直写技术是制作二元光学元件的一种重要方法。在制作过程中,用于刻蚀的激光,其功率的稳定程度对于加工元件的质量十分重要。然而激光器受很多外界因素的影响,导致输出功率会产生漂移,这直接影响了被刻蚀的细微图形质量。因此必须对激光输出光功率进行控制,以达到稳定功率输出并且连续可调。以声光调制器（AOM）作为执行器的系统能够很好的解决这一技术难题。在分析了AOM的性能和特点的基础上,选择了适合系统的AOM,并在MATLAB环境下,成功辨识出AOM的数学模型,然后借助SIMULINK工具箱,设计出PID控制系统的仿真模型。在以上理论分析的基础上,设计了光功率闭环控制系统,系统采用采样+1级衍射光控制+1级的方式,衍射光经过光电转换变成电信号,再经过放大滤波,输入到以现场可编程门阵列（FPGA）为主芯片的板卡上,经过运算处理,输出给AOM的驱动器以控制衍射光光功率,使得系统在激光器有较大噪声输出时,也能保证光功率稳定并连续可调。采用FPGA实现PID控制器,实际上是利用数字逻辑电路来完成PID控制。本文在分析FPGA设计结构类型和特点的基础上,提出一种基于FPGA的、改进型并行结构的PID控制器设计方法,这种方法可以有效的减少逻辑运算,加快运算速度。实验结果表明,通过闭环控制的系统,+1级衍射光光功率的最大偏差量为0.008mw,随时间的稳定度S t= 0.399%。系统的调整时间约为300μs,比受控前提高了近3倍。论文对整个系统的硬件设计、改进型并行结构的PID控制器设计、串口通信程序、光功率稳定性实验等都进行了详细的论述。最后,总结了论文的研究工作,分析了设计存在的几点不足并提出了进一步优化设计的一些方法。