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《哈尔滨工业大学》 2007年
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声光调制器模型建立及激光直写光功率控制系统设计

韩岩  
【摘要】: 激光直接写入技术是制作二元光学掩模和二元光学元件的主要方法。用于光刻的激光输出功率的稳定性对于保证二元光学器件的加工质量是十分重要的,要求激光输出功率非常稳定。然而激光器受很多外界因素影响,导致输出功率会产生噪声,这直接影响光刻胶上的直写微细图形质量,从而最终影响二元光学器件的衍射效率。一方面相同转速下,在不同半径的环带上进行曝光时,随着被曝光环带直径的增大,光刻胶上单位面积时间内所接收的曝光量将减小,另一方面由于系统所用的激光器的光功率输出有较大的起伏,基线也产生漂移。因此,为了在整个基片上加工出宽度、深度一致的线条,必须对激光输出光功率进行控制以达到恒定功率输出并且连续可调。 本文利用声光调制器对He-Cd激光器的输出功率进行控制,首先利用系统辨识的方法获得声光调制器的数学模型,然后借助仿真环境设计出合理的控制参数,从而得到高稳定度的光强稳定控制电路。具体内容如下: 1.分析声光调制器的工作原理,为使光功率控制系统的响应达到预期的效果,在MATLAB环境下辨识出声光调制器的数学模型,获得声光调制器的传递函数。 2.借助SIMULINK工具箱,利用辨识出的声光调制器模型设计出控制系统的仿真模型,得到实用的控制系统,采用广泛应用的PID控制算法对其进行控制,并对控制器进行参数整定。 3.设计基于DSP的信号采集及光功率控制系统硬件电路。DSP信号采集与控制电路是反馈控制系统的核心,它实现以下功能:对光电转换电路的输出信号进行滤波、采样、A/D转换、处理、运算(主要是PID算法)、D/A转换,最后输出反馈控制信号控制声光调制器的调制电压。 4.分析控制系统各个单元的性能,测量并对比受控前后的光强漂移,分析激光输出功率随时间变化的稳定性的影响因素,调整控制器参数提高精度。
【关键词】:激光直写 系统辨识 光功率稳定 反馈控制
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN761;TN249
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-7
  • 第1章 绪论7-15
  • 1.1 课题研究背景及意义7-9
  • 1.2 国内外激光直写技术的发展现状9-12
  • 1.2.1 国外激光直写技术的发展现状9-11
  • 1.2.2 国内激光直写技术的发展现状11-12
  • 1.3 光功率控制技术的发展现状12-13
  • 1.4 声光技术的发展现状13
  • 1.5 课题的提出及本文主要研究内容13-15
  • 第2章 激光输出功率分析及调制原理15-26
  • 2.1 引言15
  • 2.2 激光输出功率稳定性分析15-16
  • 2.2.1 激光器输出不稳定的因素15
  • 2.2.2 稳定激光器输出功率的措施15-16
  • 2.3 激光调制技术16-19
  • 2.3.1 激光调制的基本概念16-17
  • 2.3.2 激光调制的技术分类及比较17-19
  • 2.4 声光调制器的原理19-24
  • 2.4.1 声光效应19-21
  • 2.4.2 声光调制器的基本原理21
  • 2.4.3 衍射光功率与超声功率之间的关系21-23
  • 2.4.4 声光调制器的带宽23-24
  • 2.5 声光调制器的选择24
  • 2.6 本课题光功率控制的总体设计24-25
  • 2.7 本章小结25-26
  • 第3章 声光调制器模型建立及控制系统仿真26-38
  • 3.1 引言26
  • 3.2 声光调制器的模型建立26-34
  • 3.2.1 系统辨识基本理论26-27
  • 3.2.2 基于最小二乘法的辨识原理27-29
  • 3.2.3 声光调制器的辨识29-34
  • 3.3 光功率控制系统的仿真34-37
  • 3.3.1 激光器光功率输出模型34-35
  • 3.3.2 声光调制器的仿真模型35
  • 3.3.3 系统的仿真模型35-37
  • 3.4 本章小结37-38
  • 第4章 基于DSP的光功率控制系统设计38-51
  • 4.1 引言38
  • 4.2 基于DSP的控制电路硬件设计38-45
  • 4.2.1 激光光功率信号采集39-41
  • 4.2.2 核心控制单元的设计41-44
  • 4.2.3 反馈控制信号输出44-45
  • 4.3 控制系统中的软件实现45-50
  • 4.4 本章小结50-51
  • 第5章 实验及误差分析51-56
  • 5.1 引言51
  • 5.2 DSP控制系统性能实验分析51-54
  • 5.2.1 A/D转换电路性能实验分析51-52
  • 5.2.2 D/A转换电路性能实验分析52-53
  • 5.2.3 反馈控制电路响应时间分析53-54
  • 5.3 DSP控制机构误差分析54
  • 5.4 光功率稳定性试验分析54-55
  • 5.5 本章小结55-56
  • 结论56-57
  • 参考文献57-62
  • 致谢62

【引证文献】
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1 刘翔;纯相位液晶空间光调制器的多光束光功率控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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