激光设备激光器功率控制系统控制方式要点ppt课件.ppt

激光设备激光器功率控制系统控制方式 教学目标 了解激光设备激光器功率控制方式 一 激光器功率控制方式 激光器输出功率控制是指通过一个闭环控制系统或装置 能根据加工需求来改变激光器输出的功率或保持输出功率的稳定 一 激光器功率控制方式 激光器输出功率控制可以有多种方法 如 1 调Q控制2 激光电源的激励信号控制法 调Q技术的出现和发展 是激光发展史上的一个重大突破 它是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射 从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术 普通的脉冲激光器 光脉冲的宽度约在ms级 峰值功率也只有几十KW 调Q激光器 光脉冲的宽度可以压到ns级 峰值功率也已达到MW 一 激光器功率控制方式 调Q控制 调Q技术是在激光器的谐振腔内加入了开关调制器件 使激光以高能量脉冲的方式输出 调Q控制是对激光能量控制 同时也是对激光脉冲峰值进行控制 转镜调Q电光调Q声光调Q染料调Q 目前调Q技术 一 激光器功率控制方式 调Q控制 二 调Q实现方式 1 电光调Q 是利用晶体的电光效应作为Q开关的元件 二 调Q实现方式 1 电光调Q 利用晶体的电光效应 在晶体上加一阶跃式电压 调节腔内光子的发射损耗 开始工作时 晶体两端加一电压 由于晶体的偏振效应 谐振腔的损耗很大 Q值低 激光器不振荡 激光上能级不断积累粒子数 Q开关处于关闭状态 某一特定时刻 突然撤去晶体两端电压 谐振腔突变至损耗低 Q值高 Q开关打开 形成巨脉冲激光 二 调Q实现方式 1 电光调Q特点是 有较高的动态损耗和插入损耗 开关速度高 同步性能好 开关时间可以达到10 9秒 输出光脉冲宽度约为纳秒级 峰值功率达到数兆瓦至数十兆瓦 二 调Q实现方式 2 声光调Q 在激光谐振腔内放置声光偏转器 当光通过介质中的超声场时 由于衍射造成光的偏折 就会增加损耗而改变腔内的Q值 二 调Q实现方式 2 声光调Q 声光调Q器件由声光互作用介质 如熔融石英 和键合于其上的换能器所构成 换能器将高频信号转换为超声波 在激光腔内插入声光调Q器件 可以产生很高的衍射损耗 此时腔内具有很低的Q值 Q开关处于关闭状态 当激光高能级积累大量粒子数时 撤除超声波 衍射效应即刻消失 损耗下降 Q开关打开 激光巨脉冲遂即形成 二 调Q实现方式 2 声光调Q特点是 用于低增益的激光器 可获得脉宽几十纳秒 功率几百千瓦的高频脉冲 对高能量激光器的开关性能差 不宜用高能调Q激光 多用于获得中等功率 高重复频率的脉冲激光 二 调Q实现方式 3 染料调Q 是在一个固体激光器的腔内插入一个染料盒构成的 染料盒内装有可饱和染料 这些染料媒质具有突变的吸收饱和特点 当波长处于其吸收峰附近且入射光信号较弱时 染料媒质对于入射光呈现出非常明显的吸收趋势 相当于处于 关闭 状态 当入射光信号增强到一定程度时 染料媒质对入射光突然呈现出明显的吸收饱和趋势 相当于近似透明的 接通 状态 二 调Q实现方式 3 染料调Q特点是 装置简单 成本低 光化学稳定性较差 调Q重复性精度不高 二 调Q实现方式 4 新的调Q技术 主动调Q和被动调Q相结合的主被动双调Q技术 双被动调Q技术 调Q锁模技术 三 激光器功率控制方式 激励信号控制 激光电源的激励信号控制法 激励信号可以是直流电压或脉宽调制 PWM 信号 通过改变激光器输出功率所对应的控制信号以控制激光电源的输出 PWM脉宽调制是靠改变脉冲宽度来控制输出电压 通过改变周期来控制其输出频率 这一方法也用在激光器的速度控制上 下图为一激光器自动功率控制系统原理框图 此控制系统激励信号为直流电压 整体电路形成一个闭合环路 通过负反馈机制稳定激光器的输出功率 三 激光器功率控制方式 激励信号控制 该控制电路由电压比较器 电容充放电模块 恒流源和反馈回路构成 其工作原理是 电容充放电模块根据比较器输出电压的高低循环跳变 来对电容进行充放电 最终将其电压值稳定在某预设值 从而间接控制恒流源的输入电压 并进一步控制激光器电流 恒流源直接驱动激光器 它的输入电压和激光器驱动电流成正比例关系 三 激光器功率控制方式 激励信号控制 系统上电后 电压比较器的正端设定正电压值VSET 负端电压假设为0 则比较器输出的低电平致使电容充放电模块对电容充电 随着电容电压的缓慢上升 恒流源的驱动电流不断升高 激光器输出光强不断升高 PIN探测电流变大 从而导致反馈回路输出电压升高 直至高过比较器正端电压VSET后 比较器输出由低电平跳变为高电平 接着执行上述过程的反过程 电容放电 激光器功率减小 由此循环往复