准分子激光皮肤治疗仪能量稳定性研究

为了满足308 nm准分子激光皮肤治疗仪对激光输出参数,特别是激光能量稳定性的要求,首先建立了激光能量衰减模型,提出了基于激励电压补偿能量的比例积分（PI）算法,对PI算法进行了理论分析、模拟实现;其次对准分子激光器进行了实验研究,设计了高压激励电源和基于快速光电二极管的激光能量无损检测模块,实验研究了激励电压与输出能量的关系、激光器能量衰减特性以及引入PI算法后的激光器能量稳定特性;结果表明:激励电源和能量检测模块满足PI算法的调节精度和响应速度,引入PI算法后,准分子激光器输出能量在1千万个脉冲内仍能维持目标能量17.5 mJ附近,能量方差从0.2%缓慢上升至3%,满足准分子激光皮肤治疗仪的使用需求。     

重复率激光的单个脉冲能量检测技术

介绍了一种基于热释电探头的准分子激光能量检测系统,实现了对0～200Hz重复率运行的准分子激光单个脉冲及多脉冲系列的能量实时检测。它由探头、放大、峰值保持、MCU、显示和通讯几部分组成,解决了闸流管放电强电磁干扰等难点,并在193nmArF和248nmKrF准分子激光器上进行了测试：响应时间4ms、分辨率10 、灵敏度0.5 、精度 3％。本系统既可作为能量计使用,也可以作为检测环节用于脉冲能量闭环稳定系统中,如采用响应速度更高的光电管,有望实现高重复率准分子激光光源的实时脉冲能量检测和稳定等技术。     

准分子激光脉冲能量探测器的设计与性能测试

在以准分子激光为光源的步进扫描投影光刻机中,为了精确控制曝光剂量,需要用能量探测器实时、精确地监测单个激光脉冲的能量。研制了一种主要由聚光镜、积分棒、特殊晶体、滤光片、光电探测器和信号处理电路组成的准分子激光脉冲能量探测器;提出采用二阶有源低通滤波电路对窄脉冲信号进行整形处理以降低后续信号处理的难度;搭建测试装置对所研制的能量探测器进行了性能测试。测试结果表明,能量探测器输出的脉冲信号时间参数的实测值与设计值的相对误差约为3%,且其响应时间满足4 k Hz高重频的应用要求;采用双光束比对法消除准分子激光单个脉冲能量波动对测试结果的影响,得到能量探测器的测量重复性为0.26%,在入射光束脉冲能量为0.1~1μJ的动态范围内具有良好线性,其线性拟合方程为V=0.59841E-0.01508,相应的线性相关系数R2=99.976%。测试结果证明二阶有源低通滤波电路可以实现窄脉冲信号整形;设计的能量探测器具有良好的重复性和线性,可用于光刻机中高重频准分子激光单个脉冲能量的精确测量。     

合束方式提高准分子激光输出脉冲能量稳定性

为了获得稳定性更好、能量更大的准分子激光输出脉冲,对合束方式提高输出脉冲能量稳定性的可行性进行了理论推导、模拟实验以及合束实验研究。从理论推导得知,当激光输出脉冲能量符合正态分布时,多台激光器合束可以降低输出能量相对标准差。对三台输出脉冲能量分布特性符合正态分布的准分子激光器进行合束模拟实验研究,每台输出脉冲能量平均值约为153 mJ,脉冲能量相对标准差约为1%。两台准分子激光器合束时得到输出脉冲能量平均值为305 mJ、能量相对标准差为0.7%的准分子激光脉冲。三台准分子激光器合束时可以得到输出能量平均值为458 mJ、能量相对标准差为0.6%的准分子激光脉冲。使用两台准分子激光器进行三次实际合束实验,其中两台准分子激光器三次合束分别输出能量平均值约为355、350、330 mJ,相对标准差为1.3%、1.2%、1.4%的激光脉冲;三次合束后分别得到能量平均值为687、694、646 mJ,相对标准差为0.86%、0.79%、0.83%的激光脉冲。模拟实验以及合束实验都表明,合束后的能量相对标准差均小于单台能量相对标准差,即合束提高准分子输出脉冲的稳定性。因此,当单台准分子激光输出脉...     

准分子激光低抖动延时同步系统

准分子激光放大技术可将固体掺钛蓝宝石飞秒激光器通过频率转换后得到的小能量深紫外飞秒脉冲放大为大能量深紫外飞秒脉冲。为了满足准分子激光器与固体飞秒激光器之间同步工作的需要,设计了一种准分子激光低抖动延时同步系统。该系统采用现场可编程门阵列(FPGA)数字延时和可编程延时芯片延时相结合的方法,利用时间测量芯片实现对延时时间的闭环控制从而提高系统延时的稳定性,最终实现对外触发脉冲信号的精确延时。验证实验表明，该系统在1～100 Hz频率下运行稳定,输出触发脉冲信号延时范围为56 ns～2.4μs,理论延时步进为10 ps,抖动在±1 ns内,完全满足飞秒激光器与准分子激光器同步工作的需要。     

用于白癜风治疗的308nm XeCl准分子激光系统

研制了一台用于白癜风治疗的308nm XeCl准分子激光系统。根据准分子激光器脉冲式放电的特点,设计了推挽式脉冲开关电源。实验研究了激光器脉冲重复频率、工作电压、气体寿命对激光输出能量的影响,并检测了激光输出脉冲能量的稳定性。通过自动反馈控制系统调整激光头放电工作电压实现输出激光能量的稳定。激光采用扩展型紫外液芯光纤传导,得到均匀性良好的治疗光斑,液芯光纤对308nm激光的传输效率约为70%。激光器脉冲重复频率1～200Hz,工作电压18～25kV,输出能量不稳定度小于4%。经光纤输出用于治疗的有效光斑直径22mm,脉冲能量密度2～3mJ/cm2。     

眼科准分子激光实时监控能量计

利用激光感生热电电压(LITV)效应制成了激光功率/能量计,它不仅能测量和记录每个脉冲的能量值及实时施加的脉冲总能量等信息,也能记录每个入射脉冲的响应波形,实现了对激光能量的实时监控。用此功率/能量计对248 nm准分子激光器进行模拟实验。测量结果表明,在1~50 Hz重复频率下,激光器输出能量的相对标准偏差在8.6%~10.7%。在模拟屈光手术设置参数下,对193 nm准分子激光器进行测量,表明此激光器输出能量的相对标准偏差在8.3%。将这种激光功率/能量计用于激光近视眼科手术中,对提高激光的切削质量和手术质量有重要意义。     

高功率KrF激光后向拉曼压缩的实验研究

利用聚焦的后向拉曼过程实现高功率准分子激光的高效脉冲压缩。获得了 1 5倍的脉冲压缩和 1 7%的总体能量转换效率 ,在 1 0J抽运能量下最大获得 1 7J的压缩脉冲输出。对聚焦抽运方式抑制前向拉曼散射和提高后向光强增益的机理进行了探讨     

电子束泵浦XeCl准分子激光器输出特性

为了确保窄脉宽XeCl准分子激光系统获得高峰值功率紫外激光脉冲,实验研究了紧凑型四向电子束泵浦XeCl准分子激光器的输出特性。通过调节激光腔室气体介质的总气压和气体摩尔比、激光器的充电电压、二极管阳极钛箔厚度等参数,发现了激光能量随以上条件的变化规律,分析得到了激光器运行的最佳条件。在最佳条件下XeCl准分子激光器的脉冲能量大于100 J、脉宽约200 ns,电光效率约为5.81。另外,通过改变激光器内部Marx发生器的开关气压,研究了紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器输出激光脉冲的延迟抖动特性,发现激光脉冲的延迟抖动可优于20 ns。研究结果表明:紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器可实现脉冲抖动小于20 ns、103 J的高能紫外激光输出,可满足窄脉宽XeCl准分子激光系统运行的需要。     

脉冲激光测距系统的仿真检测技术

利用半导体发光器件作为目标模拟光源,通过接收系统或装备发射的激光获取仿真测试的脉冲同步信号,以此信号启动模拟目标回波脉冲的延时过程,延时结束向被测系统或装备回送一至三个强度适当的模拟回波(光)脉冲,通过检验被测系统响应,可判断测距性能是否符合技术指标。这项技术将激光能量检测、脉冲同步信号的提取和目标回波信号的仿真回送集于一体,实现了脉冲激光测距系统或装备的光接口无损室内(在线)仿真检测。     

基于等离子体光强信号的激光除锈实时监测系统

激光除锈是一种利用激光去除金属锈蚀物的新颖去锈方法,激光除锈过程的实时监测系统是检测激光除锈效果的关键技术。采用价格便宜的光电二极管探测器件,检测除锈过程中激光诱导等离子体的光强信号,并利用示波器将其转换为电压信号。根据不同激光能量辐照时峰值电压的变化可确定清洗阈值,根据同一点多次辐照的峰值电压变化可判断锈蚀层是否清除干净。这种检测方法快速有效、操作简单且成本低,为分析和控制激光除锈工艺提供了依据。     

高重复频率ArF准分子激光器能量控制算法研究

为了实现工业用高重复频率ArF准分子激光器脉冲能量稳定,从电源控制的角度进行了脉冲能量控制技术的基础研究。介绍了高重复频率ArF准分子激光器能量稳定闭环控制原理,使用近似方法建立了准分子激光器脉冲能量和放电电压的函数模型,提出一种基于实时检测脉冲能量的电压调节比例积分算法,并结合函数模型和控制算法进行了MATLAB仿真。结果表明,建立的脉冲能量模型是合理的,且提出的比例积分算法在提高激光器脉冲输出能量稳定性方面是有效的。     

低抖动准分子激光放大器光源的研究

为了获得低抖动的准分子激光放大器光源,设计了一种以氢闸流管作为高压开关的低抖动准分子激光放大器系统。利用抖动小于4 ns的闸流管触发电路来触发导通氢闸流管,从外部触发信号到准分子光信号之间有一定的延时时间。研究了以氢闸流管作为高压开关的准分子激光放电回路,外部控制信号发生电路产生外部充电信号和出光信号,转换电路将外部充电信号和出光信号转换成固定脉宽的光信号,在实现低抖动出光前,准分子激光放大器系统热平衡过程中会有一定的出光延时漂移现象。讨论了激光运行重复率、激光运行电压和气体状态在热平衡过程中对稳定延迟时间大小的影响。实验表明,在相同运行电压下,稳定延迟时间随着激光运行重复频率的提高而增大;运行电压越高,稳定延迟时间上升的幅度越大。气体恶化后,光脉冲稳定延迟时间变小。激光运行电压和重复频率越高,延时漂移时间越大。在温漂一定时间后,准分子激光放大器内部系统达到热平衡,以外部触发信号为基准,准分子光脉冲信号实现在5、10、15 Hz重复频率下的5 ns内低抖动出光。     

基于激光超声方法的钢轨缺陷检测

针对钢轨探伤可靠性试验及缺陷信号采集处理要求,建立了一套基于激光超声技术的无损检测系统。该系统主要包括高能量脉冲激光器、电磁超声换能器、嵌入式信号采集处理系统以及带有人工缺陷裂缝的P60钢轨试件。在分析利用瑞利波探伤机理的基础上,重点研究了激励线圈阻抗匹配方法,介绍了嵌入式信号采集处理系统工作原理及其信号处理过程。最后利用搭建的激光超声检测系统,实现钢轨表面深度不少于0.5 mm缺陷的定位,并给出了接收信号幅度与提离距离以及缺陷尺寸的关系。     

36kV/10kW CO2激光器充电电源的研制

为了改善现有CO2激光器工频LC谐振充电时充电电压随激光器工作频率升高而降低、影响激光输出的稳定性和光束质量,不利于装置的小型化和轻量化的问题。采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路,研究了36kV/10kW高频高压充电电源。该电源系统采用三相380V交流电作为供电系统,大功率智能功率模块作为全桥逆变电路。逆变交流信号经串联谐振电路及高频脉冲变压器得到高压脉冲信号,高压脉冲经整流给负载电容充电,电源应用电压电流双闭环控制系统,输出电压、电流经采样及放大后,反馈到电源控制芯片SG3525,芯片SG3525通过判断反馈信号的大小,控制输出脉冲宽度调制驱动信号的占空比。激光器放电频率为25Hz时,电源输出电压为37kV,峰值输出功率为13.05kW,充电效率为0.826。结果表明,该高频高压充电电源适合用作CO2激光器的高压充电电源。     

同时重复频率激光脉宽和能量的实时测试系统

本文提出了用一套数字存储示波器和ＰＩＮ光电二极管组成的测试系统的设计思想,维而以６频率为２０ＨＺ的激光脉冲为例提供了设计方案。该系统能同时测量重复频率为２０ＨＺ的激光脉冲的脉宽和能量。在有效地解决光电信转换、数据传输及数据处理等技术问题的基础上,可同时实时测试更高重频率的序列激光脉冲宽度和单脉冲能量值。     

激光传能协同信号传输下的太阳能电池性能测试

激光无线能量传输在为远距离设备供能方面有着潜在的应用前景,在激光无线传能的同时进行激光无线通讯,具有重要的应用价值。针对砷化镓太阳能电池,对激光传能系统在无线能量传输时激光无线通讯性能进行了测试。实验采用波长808 nm激光实现砷化镓太阳能电池的能量传输,采用波长650 nm激光作为信号的传输,分别对单能量传输、单信号传输以及能量和信号同步传输三种情况下的砷化镓太阳能电池的输出特性进行了测试。结果表明:当单能量传输时,太阳能电池的性能与激光功率密度的大小密切相关,激光功率密度在54.9~90 mW/cm2范围内光电转换效率最大值为46.6%;当单信号传输时,通过测量系统的频率响应得到砷化镓太阳能电池的3 dB带宽约为3.7 kHz,并通过设计放大电路提高系统的通信性能,优化输出波形,使得系统的通信速率从10 kbps提升至240 kbps,输出电压峰峰值达到7.2 V。最后实验测量了不同激光强度下可实现的通信速率,当激光功率密度为59.5 mW/cm2时可实现140 kbps的通信速率,使得激光充电系统在无线能量传输下可以进行信号的传输。     

数字化脉冲激光引信探测系统设计与信号处理

针对以往模拟脉冲激光引信探测系统存在的测距误差较大的缺点,为进一步提高脉冲激光引信的测距精度,设计了一种数字化脉冲激光引信探测系统.该探测系统包括发射、接收和信号处理3部分,其中信号处理部分主要实现脉冲回波信号的高速实时采样与缓存、信噪比增强与时延估计.采用双通道ADC并行采样,实现了以200 MHz的等效采样频率对脉冲回波信号进行高速采样.当脉冲回波信号很微弱时,采用多脉冲相干平均算法提高了其信噪比,增强了对微弱回波信号的检测能力.通过最小二乘时延估计算法得到了回波时延,进而计算得到目标距离.测距实验结果表明:该探测系统测距精度较高,最大测距误差为0.25 m.