大功率脉冲激光光斑面积的实时控制系统*

张峰烈，傅 星，林 谦，胡小唐

（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072）

0 引言

随着短脉冲激光器的迅速发展，短脉冲激光微抛光已经被广泛应用于金属表面处理领域［1］。

大功率脉冲激光器进行微抛光时对能量密度恒定的要求很高，特别是对倾斜或弯曲表面的激光抛光［2］。激光微抛光时，假设光源的输出能量保持不变，则控制激光能量密度恒定的基本方法就是保证工件表面上激光光斑面积的恒定，即做到对工件表面上激光光斑大小的实时控制。

一般大功率激光光斑面积的实时检测控制很难。当前激光光斑面积检测与控制方法有很多［3，4］，大多采用CCD—PC软件图像处理式、电容式和电感式。通常采用CCD—PC软件图像处理方法来测定激光光斑面积［5］，但其实时控制性不够;而在对图像灰度没有要求的系统中，为了提高实时控制性和降低成本，应尽可能采用二值化图像处理方法。这样可以利用CCD视频信号二值化处理与FPGA技术来实时控制激光光斑的大小。

本文介绍了采用532 nm的连续激光器将波长为355 nm的大功率纳秒脉冲激光光斑实时控制的方案。采用CCD视频信号二值化处理方法与FPGA技术，将待测物体上面的光斑面积实时地检测并控制而实现恒定光斑面积的目的。

1 系统设计

脉冲激光光斑实时控制系统如图1所示。该系统主要由低功率连续激光器（斐波光电公司）、高功率脉冲激光器（美国COHERENT公司的AVIA355—3000）、共焦点光学系统（Navitar Zoom 6000）、准直器（BXZ—532—1—3X 和 BXZ—355—1—3X）、色差补偿物镜、CCD（德国 Polytec公司的 VCT 72）、CCD图像信号处理及控制器、Z轴驱动器、Z轴微移动台组成。……