激光设备激光器功率控制系统控制方式要点实用教案

1、光机电应用技术国家光机电应用技术国家(guji)教学资教学资源库源库教学(jio xu)目标：l了解激光设备激光器功率控制了解激光设备激光器功率控制(kngzh)方式方式第1页/共22页第一页，共23页。一、激光器功率控制(kngzh)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(gnj)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。第2页/共22页第二页，共23页。一、激光器功率控制(kngzh)方式激光器输出功率控制(kngzh)可以有多种方法，如：1 1、调Q Q控制2 2、激光(jgung)(jgung)电源的激励信号控制法第3页/共22页第三页，共23页。调Q

2、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(kund)(kund)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(kund)(kund)约在msms级，峰值功率也只有几十KWKW。调Q Q激光器，光脉冲的宽度(kund)(kund)可以压到nsns级，峰值功率也已达到MWMW。一、激光器功率控制(kngzh)方式调Q控制(kngzh)第4页/共22页第四页，共23页。调Q 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(fngsh)(fngsh)输出。调Q Q控制是对激光能量控制，同时也是

3、对激光脉冲峰值进行控制。 转镜调转镜调Q电光调电光调Q声光声光(shn un)调调Q染料调染料调Q目前目前(mqin)调调Q技术技术 一、激光器功率控制方式调Q控制第5页/共22页第五页，共23页。二、调Q实现(shxin)方式（1）电光调Q:是利用(lyng)晶体的电光效应作为Q开关的元件。第6页/共22页第六页，共23页。二、调Q实现(shxin)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(kigun)处于关闭状态。某一特定

4、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(kigun)打开，形成巨脉冲激光。 第7页/共22页第七页，共23页。二、调Q实现(shxin)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(kigun)速度高，同步性能好。开关(kigun)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。第8页/共22页第八页，共23页。二、调Q实现(shxin)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(yuy)衍射造成光的偏折，就会增加损耗而改变腔内的Q值。第9页/共22页第九页，共23页。二、调Q实现(sh

5、xin)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(nngj)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。第10页/共22页第十页，共23页。二、调Q实现(shxin)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(michng)；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(mich

6、ng)激光。第11页/共22页第十一页，共23页。二、调Q实现(shxin)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(trn)呈现出明显的吸收饱和趋势（相当于近似透明的“接通”状态）。第12页/共22页第十二页，共23页。二、调Q实现(shxin)方式（3）染料调Q特点是：装置简单(jindn)、成本低；光化学稳定性较差，调Q重复性精度不高。第13页

7、/共22页第十三页，共23页。二、调Q实现(shxin)方式（4）新的调Q技术：主动(zhdng)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锁模技术第14页/共22页第十四页，共23页。三、激光器功率(gngl)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(ky)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。第15页/共22页第十五页，共23页。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

8、电压。整体电路形成一个闭合环路，通过负反馈机制(jzh)稳定激光器的输出功率。三、激光器功率控制(kngzh)方式激励信号控制(kngzh)第16页/共22页第十六页，共23页。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(shr)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(shr)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(jl)信号控制第17页/共22页第十七页，共23页。系统上电后，电压比较器的正端设

9、定正电压值VSET，负端电压假设(jish)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，最终稳定激光器发光功率。三、激光器功率控制(kngzh)方式激励信号控制(kngzh)第18页/共22页第十八页，共23页。光机电应用光机电应用(yngyng)技术国家教学技术国家教学资源库资源库总结(zngji)：激光功率控制方式(fngsh)有调Q控制法和激励信号控制法等 。第19页/共22页第十九页，共23页。光机电应用技术国家光机电应用技术国家(guji)教学教学资源库资源库作业(zuy)：第20页/共22页第二十页，共23页。光机电应用技术光机电应用技术(jsh)国家教学资源国家教学资源库库本次本次(bn c)课到此结束，课到此结束，谢谢！谢谢！第21页/共22页第二十一页，共23页。谢谢您的观看(gunkn)！第22页/共22页第二十二页，共23页。NoImage内容(nirng)总结光机电应用技术国家教学资源库。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。声光调Q器件由声光互作用介质（如熔融石英）和键合