【摘 要】
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激光作为20世纪以来“最亮的光”具有发散角极小,亮度极高的特点。使用激光作为照明光源时,需在激光出射端加入激光扩散片。激光扩散片是一种能够将准直入射的激光束以一定角度扩散的光学元件。其中重要的性能参数为有效光照区域,其规定面光源中能量最强点作为圆心,最强点光强度的60%点作为边界形成的光照区域。有效光照区域中心与边界之间的夹角即为激光扩散片扩散角,扩散角决定了激光扩散片形成有效光照区域面积的大小,
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激光作为20世纪以来“最亮的光”具有发散角极小,亮度极高的特点。使用激光作为照明光源时,需在激光出射端加入激光扩散片。激光扩散片是一种能够将准直入射的激光束以一定角度扩散的光学元件。其中重要的性能参数为有效光照区域,其规定面光源中能量最强点作为圆心,最强点光强度的60%点作为边界形成的光照区域。有效光照区域中心与边界之间的夹角即为激光扩散片扩散角,扩散角决定了激光扩散片形成有效光照区域面积的大小,体现了激光扩散片的扩散能力,是激光扩散片最重要的性能参数。由于激光扩散片在国内属于新兴领域,针对扩散角检测的技术发展相对滞后,一直以来均是采用人工检测方法,效率低,误差大。因此,研制一套能够对不同扩散角度的激光扩散片进行自动化、高效率、高精度的检测系统,具有重要的研究意义。为了解决上述问题,本文开展了激光扩散片扩散角检测技术的研究工作。首先,分别从几何光学和波动光学角度,建立激光扩散片的物理模型,求解出扩散角与扩散片微结构参数的关系。再根据蒙特卡洛法对激光扩散片进行仿真分析,并与理论分析结果相验证。结果表明扩散片微结构孔径越大,扩散角越大;微结构曲率越小,扩散角越小。其次,根据技术指标要求,确立了检测系统的总体设计方案,完成了检测系统机械结构的设计,硬件部分及程序部分的设计。机械设计部分完成了检测系统的光束扩散系统、光束接收系统及系统控制端的结构设计;硬件和程序部分采用单片机控制技术和信号转换传输技术,控制探测器脉冲移动采集光信号,并对光信号进行转换传输。最后,搭建检测系统并完成检测系统的调试。实验结果表明:在高效率检测模式下,检测距离为2m,采样间隔为0.5mm,测量精度可达0.1°,单次测量为115s;在高精度模式下,检测距离2m,采样间隔0.3mm,系统的检测精度达到了0.02°,单次测量时间最长为178s,实现了扩散片扩散角的自动化、高效率、高精度的检测,满足了项目技术指标要求。
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