激光光斑中心位置计算方法的研究

论文摘要

自迈曼(Maiman)于1960年制造出第一台红宝石激光器以来,激光技术发展非常迅速。作为一种光波,激光与普通光波并没有本质的区别,但就发光机理而言,两者截然不同,激光的独特发光机理使它具有普通光波所无法比拟的许多特点。激光由于其良好的单色性和方向性,在非接触测量中得到广泛的应用,但是由于激光输出的是有限宽度的平面波以及因衍射效应的影响,而使激光束具有一定的发散性,这就使激光光斑的能量分布不均匀,光斑形状发生变化,中心位置产生偏差。在某些测量过程中,当激光光源经过光学系统成像时,因光学系统存在的像差影响,而使光斑发生变形,计算光斑的中心位置也会产生偏差,测量计算的结果会有很大误差。基于这一点,本论文主要研究分析了激光光斑的有关特性,通过采集由光学系统射出的激光光斑的图像信息,用Zernike多项式来拟合波面,确立Zernike系数与传统的Seidel像差系数的联系,从而判断光斑的形状和特性以及光学系统像差对光斑的影响程度,基于对彗差的计算,进而校正激光光斑的中心位置,以期达到较高的测量精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 应用背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 研究目的和意义
• 第二章 激光简介
• 2.1 激光的产生
• 2.2 激光的特性
• 2.3 激光的模式
• 2.4 激光器的选择
• 2.5 高斯光束
• 2.5.1 高斯光束光强分布
• 2.5.2 基模高斯光束的主要特性
• 2.6 小结
• 第三章 光学系统像差理论与泽尼克（Zernike）多项式
• 3.1 光学系统像差理论
• 3.1.1 光学系统初级像差
• 3.1.2 波像差
• 3.2 泽尼克（Zernike）多项式
• 3.2.1 Zernike多项式
• 3.2.2 Zernike多项式的修正
• 3.2.3 波面拟合
• 3.3 小结
• 第四章 Zernike多项式系数与几何像差的关系
• 4.1 Zernike多项式系数与几何像差的关系公式推导
• 4.2 实验验证
• 4.3 小结
• 第五章 激光光斑中心位置校正计算
• 5.1 理论分析
• 5.1.1 激光光斑中心计算
• 5.1.2 激光光斑中心位置校正
• 5.2 实验结果与分析
• 5.3 计算误差原因分析
• 5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录