单频固体激光器输出功率稳定控制技术研究

摘要

单频固体激光器具有体积小、效率高、光束质量好、寿命长等优点,得到了广泛的应用。单频固体激光器输出功率稳定控制系统是保证单频固体激光器正常工作的重要系统,其性能对单频固体激光器的正常使用和光束质量等有很大影响,也是单频固体激光器广泛应用的关键技术之一。本文在分析影响单频固体激光器输出功率稳定因素的基础上,设计了一种新型单频固体激光器输出功率稳定控制系统。该系统采用L01型集成光电传感器为功率探测元件,18B20型数字温度传感器为温度探测元件,以高性能微处理器ADuC848为核心对单频固体激光器输出功率进行稳定控制。论文主要内容包括以下几个方面：第一,概述了单频固体激光器输出功率稳定控制技术的研究现状及意义,确定了本论文的研究内容及设计要求。第二,简要介绍了单频固体激光器的系统组成和工作原理,分析了影响单频固体激光器输出功率稳定的主要因素。分析结果表明：泵浦源——半导体激光器(LD)和激光晶体的温度变化及LD注入电流的波动是影响单频固体激光器输出功率稳定性的主要因素。在此基础上设计了单频固体激光器输出功率控制方案。即先稳定LD和激光晶体温度,再根据当LD温度恒定,注入电流大于阈值电流时,LD的输出功率和注入电流成线性关系这一特点,对单频固体激光器的输出功率进行稳定控制。第三,设计了单频固体激光器输出功率稳定控制系统的硬件电路和软件系统,其中主要包括温度和功率的采集,处理,显示和输出等部分。并对所设计的硬件系统和软件系统进行了调试。最后,建立了单频固体激光器输出功率稳定控制测试系统,并进行了实验研究。研究结果表明：在130分钟内,1064nm单频Nd:YAG激光器输出功率的稳定性达到1.29％,满足本论文设计要求。本论文研究设计的单频固体激光器输出功率稳定控制系统设计合理,具有集成度高、控制效果好、工作可靠等优点,具有很好的工程应用价值。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 单频固体激光器输出功率稳定控制技术研究现状

1.2 课题的研究意义

1.3 系统的设计要求

1.4 课题的研究内容

2 单频固体激光器结构和影响输出功率稳定的因素

2.1 单频固体激光器的结构

2.1.1 泵浦源

2.1.2 自聚焦透镜

2.1.3 激光晶体

2.1.4 偏振分光棱镜

2.1.5 输出镜

2.1.6 光学谐振腔

2.2 影响LD泵浦Nd:YAG单频固体激光器输出功率稳定的因素

2.2.1 泵浦源功率

2.2.2 腔体温度

2.3 本章小结

3 单频固体激光器输出功率稳定控制系统硬件设计

3.1 系统结构框图

3.2 控制系统总体设计

3.3 ADuC848单片机

3.4 温度稳定系统设计

3.4.1 温度采集系统

3.4.2 温度控制系统

3.5 功率稳定控制系统设计

3.5.1 功率采集系统

3.5.2 模数转换系统

3.5.3 数模转换系统

3.5.4 泵浦源控制系统

3.5.5 滤波电路

3.6 显示电路

3.7 串口通讯

3.8 本章小结

4 单频固体激光器输出功率稳定控制系统软件设计

4.1 主程序模块

4.2 功率采集模块

4.3 温度采集模块

4.4 控制算法模块

4.5 数模转换输出模块

4.6 脉宽调制输出模块

4.7 显示模块

4.8 本章小结

5 单频固体激光器输出功率稳定控制系统实验研究

5.1 实验方法

5.2 实验结果

5.2.1 控制系统校准

5.2.2 控制系统测试

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文