[发明专利]一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测方法

说明书

技术领域

本发明属于激光器远场光轴进行稳定性检技术，特别是一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测方法。

背景技术

激光具有亮度高、单色性好以及方向性好的特点，因此激光的应用已遍布科技、经济、军事及社会其它发展领域。目前激光一般局限于短距离的室内应用，而在远距离的室外环境下，激光传输路径上会存在大气湍流和大气折射率不均匀的影响，再加上激光器本身谐振腔的震动和激光产生过程中腔内温度变化的影响，会最终导致激光器出射光轴的抖动及激光光束扩展效应(发散角的变化)。

在实际应用中，光轴抖动及光束扩展效应的存在会导致激光在目标上的光斑抖动，使得光斑实际的包络面积大于预设面积，这可能又会导致在诸如激光测距、激光制导、激光距离选通成像等等的应用中，探测器每次接收到的激光的回波强度不一，甚至会出现因抖动量过大，导致漏测的情况出现。这种情况的存在，会影响激光测距的测量精度、激光制导的准确性等等，导致错误情报的出现，所以，在将激光器集成至各种系统之前，对激光器进行远场光轴稳定性的分析，即定量的给出激光器的光轴抖动量及发散角抖动量就变得尤为重要。

目前，测试测量的主流是基于摄像测量理论研制出的CCD类光束分析仪，国外已经有多家厂商推出商业化的可完成近距离光轴稳定性分析的激光分析仪器，如Thorlabs公司的BC106系列以及以色列Duma Optronics公司的BeamOnHR。

国内的激光光束质量分析工作起步相对于国外来说还比较晚，目前国内的成熟的自主研发的商业化光束分析仪还很难见到，大多还停留在实验室内部研发状态，如北京跟踪与通信技术研究所([1]张颖新,王云萍,王禹.基于CCD的远场激光光斑测量系统开发与应用[J].光电技术应用,2011,04:11-13+52.)、中国人民解放军总装备部军械技术研究所(“低频窄脉冲激光光斑采集器”，专利号200910074771.4)通过对国内国外激光光束质量分析系统的调研与比较可以发现，国外的激光光束质量分析仪无论是在结构、原理，还是在功能及成本方便都要远远优于国内自主研发的激光光束质量分析仪，但是目前无论是国内还是国外，现有激光光束质量分析系统大多只能应用于短距离、环境比较简单的室内，对于距离较远、环境比较复杂的室外环境，还几乎没有太多研究，这就使得对应用于远场室外环境的激光光束稳定性分析变得异常困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测方法，能够对远场激光器的光轴稳定性进行分析和检测。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测方法，步骤如下：

第一步，通过显示控制系统进行采集设置，设置好激光脉冲周期、拍摄张数，通过转台系统调整整个系统的方位，对准靶标，显示控制系统开始采集图像；

第二步，激光经远场传输后在漫反射靶标形成激光光斑，光学系统收集被漫反射靶标反射出的激光能量，通过APD探测器实时检测激光脉冲的发生时间，并输出实时响应脉冲；已知激光脉冲频率，预计临近的下一个激光脉冲到达光学系统的时间，利用FPGA电路板对APD探测器输出的响应脉冲进行延时，并使得延时脉冲能精确的在下一个激光脉冲到来之前产生；利用延时脉冲触发近红外CCD相机成像，采集到下一个到来的激光脉冲的光斑图像，传输给显示控制系统，当采集到的光斑图像张数达到预设的拍摄张数后，采集结束；

第三步，对采集的光斑图像进行分析，首先，先对图像进行预处理，即区域选择、中值滤波、开闭运算、边缘提取，以减小背景的干扰、大气扰动的影响、CCD固有噪声的影响；其次，预处理后根据近红外CCD相机所得到图像各像素点的灰度不同，计算光斑的重心，即强度中心；再次，用最小二乘法圆拟合算法来进行光斑拟合，计算单张光斑图像的形心，即几何中心；最后，计算得到连续拍摄的一组光斑图像的几何、强度中心后，生成相应的折线图，横坐标为图形序号，纵坐标为光斑的几何中心或强度中心坐标的X值或Y值，通过显示控制系统显示出来，可以反映出光斑几何中心或强度中心在水平方向或垂直方向的变化趋势，并计算一组光斑图像几何、强度中心的标准偏差、平均偏差以及偏离的平均角度，若小于所允许的最大值，则符合激光器的稳定性要求，若大于所允许的最大值，则不符合激光器的稳定性要求，从而得到激光器光轴的稳定性信息。