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激光写入光功率控制及小型化离焦检测技术研究

王超  
【摘要】:由于激光写入设备加工器件衍射效率高、加工尺寸大、制作衍射器件过程简单及加工精度高等特点,被广泛应用于加工各种衍射光学器件,是加工衍射光学器件的一种重要手段。 本课题“激光写入光功率控制及小型化离焦检测技术研究”主要解决激光写入设备中的两个关键技术问题,一是针对对激光直接写入光束的光功率不稳定的情况进行控制,达到功率可调并且稳定的目的,二是精确检测激光写入光束焦点与被写入基底之间的距离。本课题研究内容如下: 首先,针对激光写入光束不稳定的问题展开了分析,比较了几种光功率控制方法的优缺点,选择了声光调制器(acoustic optical modulator,AOM)作为执行器件进行光功率控制,并搭配其他合适器件构建了基于声光调制器的闭环光功率控制系统。在此基础上,研究适合本系统的PID控制算法,编写合适的上位机软件,最终解决了激光光功率不稳定的问题。 其次,介绍了共焦的传感机理,分析了普通差动共焦及改进型差动共焦的特性及采用差动共焦原理作为检焦手段的优势,在此基础上设计了基于差动共焦原理的小型化检焦装置,在对针孔进行装调过程中提出了一种采用精密三维调整机构与无应力紫外胶配合精确固定针孔的方法,解决了共焦系统中针孔装调固定难的问题,从而最终完成了激光直写设备中检焦装置的研制。 最后,设计了相应的实验验证激光写入光功率控制系统和小型化检焦装置的性能,经过实验验证,激光写入光功率控制系统控制光强范围为5-100mW,光强稳定性从未加控制前的±1.2%提高到±0.2%;小型化检焦装置其检焦范围为20μm,分辨率为10nm,两个子系统均达到了设计指标。


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