YAG激光电源预燃触发系统

激光在相关学科中的应用已越来越显重要,激光应用技术已经渗透到科学领域里的各个学科。国防、军事、航空航海工业中一些难以加工的部件,现在大都采用激光加工技术来解决。
 
30多年来,激光技术又逐步深入到医学发展的各个领域,而且已解决了医学中的许多难题。激光作为测量工具和分析仪器已经在激光生物医学工程和相近学科中得到广泛应用。几十年来,激光在工业加工中的焊接、切割以及激光热处理中的应用已经取得实质性进展,各个学科相继有大量文献报道激光在现代科技中的应用成果。然而,对于固体激光器光源氪(Kr)灯预燃触发网络的研究目前我们则没见报道。
 
惰性气体氪灯的着火电压、自闪电压是固体激光器光源正常工作的重要参数[ 1 ],一个稳定可靠的固体激光器氪灯预燃触发网络系统,对固体激光系统而言至关重要。下面我们就N d :   YA G激光器光源氪灯预燃触发网络的研究予以论述。
 
Nd :  YA G激光器
体激光器是受激发射的光放大器。在原子的发光过程中,同时存在着光的自发辐射、受激吸收和受激发射。在固体激光工作物质能级中,必须要受外界光泵浦,才可能实现粒子数反转分布,受激发射才能占主导地位,激光棒中才会产生激光辐射。
 
在固体激光器中,激光工作物质内的粒子数反转是通过光泵浦实现的,当强大的放电电流通过氪(Kr)灯时,它会受到强烈的电激发而发出耀眼的弧光,这是一种将电能转换成光能的过程。 泵浦灯的电学特性是设计固体激光电源系统的重要参数[ 2 ]。一个完整的泵浦光源的供电系统,包括储能电路的充电回路,放电回路,泵浦灯的触发预燃电路,控制以及调节电路。
 
Nd :  YA G激光器预燃系统的研究
参数认定
一台品质优秀的激光系统,除了选取相应精良的光学元器件外,还必须有稳定可靠的电源驱动系统作保障,驱动系统中尤其应该设计出具有性能可靠且操作安全的预燃触发网络。
固体激光器其激光光源取自于氪灯,因此,在研究固体激光器电源驱动系统之前,必须首先了解氪灯出厂时所给出的电学参数,尤其是预燃触发电学参数。由于诸多因素,氪灯在生产制造过程中很难做到电学参数一致,这就使得每只氪灯出厂时的参数有一定的离散性,但允许的误差只能限制在标定的范围 ±10 %之内,因此,在设计计算固体激光器预燃触发网络参数时,则要依最大的耗散功率进行参数选定,这样才能满足固体激光器氪灯预燃触发时刻的要求。
 
我们通过计算,再经过反复实验证明,氪灯的预燃触发仅需20  ms的短暂瞬时。这样短暂的瞬时脉冲耗散功率对于重复频率低的连续N d :   YA G激光器氪灯可以超出设计能力的几倍仍至数十倍量级进行触发预燃,因此,计算得到的40  W供电系统对固体激光器氪灯的预燃触发是十分安全可靠的。其电路原理图如图1。
 
原理描述
从图1中我们可以看出,显然,  D在固体激光电源系统启动时将主回路直流电压与预燃网络直流高压隔断。预燃直流高压1000  V经C1整形滤波后,再经R1、R2、R3分压,分压后的各电压经R1对C3充电,经R2对C2充电。预燃直流1000  V高压同时也加到了氪灯正负极两端,氪灯中的惰性气体会自然阻断其电流通路。预燃直流高压经过RC时间常数在数秒钟内将C1、C2、C3的电能充满储存,只有C1、C2、C3中的电能充满储存完毕后,即可对固体激光器氪灯进行预燃触发。触发时,仅只轻轻按下K键,  C2中的储存电能通过K键对负极瞬时放电,  B中的N1将产生放电脉冲,与 此 同 时,  B中 的N2将 感 应 产 生20000  V以上的直流脉冲高压,  20000  V直流脉冲高压瞬间加在氪灯正极上,这一直流脉冲高压将迅速击穿固体激光器氪灯中的惰性气体,  R4的设置是为限制产生直流高压时过流,从而保护高压网络供电系统;在C2放电瞬间,预燃网络供电系统中将有100  mA左右的直流电流流过;图中所设R5两端也同时产生一个约为24  V左右的直流压降,这一压降电压将推动J 1作瞬时的吸合,相关联的J 2在控制系统的控制下立即吸合,并切断预燃网络1000  V直流供电电源;  C3中储存的电能量即刻经R6平衡补偿到主回路中,同时对预燃后的主回路电源进行滤波整形,进一步改善主回路直流分量。至此,固体激光器预燃触发氪灯的高压网络供电系统任务在短短20ms内顺利完成。
 
上述N d∶YA G激光器预燃触发高压网络,经过方案认证,各元器件参数的计算,实验结果证明,  N d∶YA G激光器氪灯预燃触发系统安全可靠,是目前连续固体激光器实用化进程中一种理想的预燃触发装置。
 
我们认为,只要相应调整该预燃网络的相关参数,上述预燃触发网络对于连续固体激光器单灯、高功率串接的双灯都能适用。
 
上所述,我们研究设计的N d :YA G激光器光源氪灯的预燃触发网络结构简单,且预燃触发安全可靠,该系统是一种既经济又节能、长寿命的预燃触发网络。