高功率TEA CO2激光器控制系统设计

随着高功率TEA CO2激光器技术的快速发展,及其在工业加工、科学研究、航空航天等领域的广泛应用,对其自身控制系统也提出了更高的性能要求。针对所研制的高功率TEA CO2激光器,设计了一种基于DSP数字信号处理器技术的控制系统,分别从硬件、软件两方面对控制系统的核心单元做了详细的介绍;为了克服激光器在工作过程中产生的强电磁干扰,对控制系统采取了屏蔽箱体结构、电源滤波、安全接地、数字滤波、关键数据存储自恢复、抗复位干扰等设计。经过激光器长时间运行试验,控制系统工作稳定、可靠,控制响应速度快,同时满足了抗强电磁干扰的设计要求,具有很好的实用和推广价值。     

TEA CO2激光器11μm波段谱线特性研究

采用双光栅谐振腔和增长放电增益区的方法,进行了TEA CO2 激光器11μm波段谱线输出特性研究。在混合气体的比例为CO2 ∶N2 ∶He = 70∶90∶270和总压430 ×133. 3Pa情况下,获得数条谱线的激光输出。着重研究了波长为11013nm 的激光谱线的输出特性,其脉宽为400ns左右,且脉宽随电压变化。谱线能量随光栅中心的位移而变化,当光栅中心在放电区中心轴线上时有最大的能量输出。光斑能量分布接近低阶模或基模分布。     

高功率脉冲TEA CO2激光器主机结构设计与流场优化

为了使高功率TEA CO2激光器主机实现小型化、轻量化,设计了一种环形流道式主机结构,将气体循环冷却系统直接作为激光器工作腔使用。与传统的圆筒式主机结构相比,占空体积减少了30%,质量减少了40%,结构对称趋向模块化,装配维修方便,提高了工程实用价值。为准确分析设计主机流场结构,运用计算流体动力学(CFD)软件Fluent进行了模拟分析,并进行了优化改进。经实验,重复频率由400 Hz提高到470 Hz,平均功率提高了16%。     

高单脉冲能量重复频率TEA CO2激光器

为了满足激光推进、光电对抗等应用领域的需要,研制了一台高单脉冲能量高重复频率新型TEA CO2激光器。采用紫外(UV)预电离双路Ernst石墨电极串并联放电结构、超薄水冷不变形镜折叠腔、双回路直冷式封闭循环流动系统和高压大电流快脉冲开关电源等技术,解决了高功率高压电容充电、高气压大体积均匀辉光放电、高气压高速均匀流场、激光谐振腔和高脉冲能量、高重复频率脉冲激光输出等技术难题。成功研制了一台最大脉冲激光能量92 J,重复频率35 Hz,激光输出发散角1.4 mrad,脉冲能量稳定性0.8％,平均功率大于3000 W的脉冲激光器。     

TEA CO2序列带激光放大的同步放电实验研究

本文给出了适用于TEACO     

激光重频对脉冲非稳腔TEA CO2激光远场传输特性的影响分析

为了研究TEA CO2激光重复频率对远场光束特性的影响,首先采用有限元方法计算了不同重复频率下反射镜的温度场和热变形分布,然后采用协方差矩阵法对镜面热变形进行了Zernike拟合,最后结合衍射的角谱传播理论和功率谱反演法分析了不同重频TEA CO2激光经过内光路热畸变作用后的远场光束特性。研究表明:在净吸收能量相同的情况下,随着重复频率的增大,反射镜的温度逐渐升高,热变形量逐渐增大,经过内光路热畸变作用后,远场光束的Sr和平均能量密度Ed逐渐减小,参数逐渐增大,光束质量逐渐变差;对于TEA CO2激光,重频为300 Hz的Ed值仅为10 Hz的40%,远场光束的峰值光强下降了43%,光斑展宽了近60%。文中的研究结果为TEA CO2激光发射系统的优化设计提供可靠的依据。     

大功率TEA CO2 激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。     

PI参数优化实现CO2激光快速选线稳定输出

通过优化驱动光栅的电机PI控制器参数确定方法,加强了伺服电机的定位精度及稳定性,提升了单光路可调谐TEA CO2激光器的弱线输出稳定性并缩短了调谐间隔。该参数确定的方法基永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）的频域模型,推导出了伺服三环比例积分控制器（Proportional Integral,PI）的解析表达式,并根据工程实际需求设定超调量与峰值时间,求出截止频率,以此确定满足最大相位裕度的条件下的伺服三环PI控制器的参数。采用PML40-530B8ANL交流直驱电机及G-POLHOR10P100EE-E0驱动器搭建了光路实验装置对上述参数进行了验证,转台定位系统的超调量为4.86%,调节间隔为19.5 ms。基于该转台系统搭建了快调谐TEA CO2激光器,在20 ms调谐间隔下进行激光器弱线能量稳定性实验,9P（44）谱线的单脉冲能量小于74 mJ,能量波动范围小于3.35%,能量稳定度提高了3.62倍。     

新一代工业用高功率CO2激光器

本文综合介绍和评述了新一代工业用高功率CO2激光器, 它可以采用高频、射频或微波放电的激励方式。这些激光器的放电功率密度可大于30 W／cm2, 因此其结构紧凑、重量轻, 稳定性和可靠性更能满足工业生产的要求。     

大功率脉冲TEA CO2激光器控制系统设计

大功率脉冲TEA CO₂激光器不仅设备复杂,而且具有高电压、高激光功率、强电磁干扰的特点。本文采用工控机、可编程控制器和触摸屏,设计并实现了两级分布式大功率脉冲TEA CO₂激光器控制系统。详细阐述了系统硬件和软件的设计方案及实施过程。实际应用表明,该控制系统工作稳定可靠,具有较好的实际应用价值。     

混合型TEA CO2激光器

本文给出了一种获得单纵模脉冲激光的装置。该激光器由TEA CO2和CWCO2激光器组成,采用内注入,结构简单易注入成功。本实验得到了预期的结果,并提出了进一步改进的方法。     

TEA序列带CO2激光器的实验研究

Using an in－cavity hot CO₂ cell that is shorter than a TEA CO₂ discharge length,conversion characteristic of a TEA CO₂ laser operating on sequence bands is studed.Choosing proper operation conditions,output can be attained on more than 40 sequence lines and the output energy per pulse exceeds 1J on more than 10 lines.     

高重复频率TEA CO2激光器

本文报导了一种封离式内循环高重复频率TEA CO2激光器的设计与制作,并给出了基本参数及初步实验结果.     

改进型高重复率TEA CO2激光器特性

本文介绍了改进型高重复率小型TEA CO2激光器的结构和特性.在30Hz重复率下工作时,每脉冲输出能量达到100mJ.     

工作条件对TEA序列带CO2激光器输出的影响

Dependence of output energy of TEA CO₂ laser on a sequence band on input energy were studied with varying input parameters of electric energies and related conditions,such as the capacitance of main discharge,voltage,pre-ionization,mixture ratio of gas.With useful input.the output have been improved in a 0.85m-long discharge.     

较高平均功率长寿命封离型TEA CO_2激光器

本文报道一台具有较高平均输出功率长寿命工作的封离型TEACO_2激光器.以每秒40次重复率连续工作7小时,最高平均输出功率70W以上,到半功率点寿命大于10~6次脉冲.     

双束可调频TEACO_2激光器

我们研制了一台双束可调频TEACO_2激光器,该器件除了具有能重复频率工作(重复频率大于10脉冲/秒)和有长工作寿命(一次充气可以连续工作10~6脉冲)的特点之外,还具有以下特点: 1.在同一增益介质内同步地进行两束激光振荡,每束都在9.2微米至10.9微米之间独立可调。     

高功率CO_2激光器的增透膜

本文介绍了GaAs表面的ZnSe-BaF_2、ZnS—BaF_2.和As_2S_3-BaF_2.等优质增透膜.它们具有承受1000瓦/厘米~2以上连续激光作用和有近98%的激光透过的特点.解决了现有CO_2激光连续器件的窗口、透镜等表面膜层破坏问题,同时也相应提高了器件的输出功率,为CO_2激光器的应用和发展创造了条件.     

用TEA CO_2激光从甲烷中富集氘

1978年与1980年,美国海军实验室提出了用CWCO_2激光激发甲烷中的含氘成分而直接从甲烷中富集氘的设想。这种方法可以省去介质回收与再生的全部过程,能耗合理,原料丰富,产物易与反应物分离,因此是一种较好的方法。 本文在上述方法的基础上,改进条件,观察分离效果。     

TEA CO_2激光光电转换效应研究

用TEA CO_2激光脉冲聚焦在真空池中的金属靶上,激光产生等离子体的反向喷射会在器壁和金属靶之间产生电压脉冲.实验研究了光束聚焦情况和真空度对光电转换效应的影响.当峰值功率密度为1.4×10~9瓦/厘米~2时,最大脉冲输出电压为300伏,总体效率为0.01%.采用二个分离的收集极可以测量等离子体的膨胀速度.