Методы управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?умя кристаллами. Следовательно, фазовый сдвиг определяемый эффектом Поккельса ?? прошедшего через модулятор оптического излучения должен составлять ? и выходящий из кристалла свет снова становится плоско поляризованным с плоскостью поляризации, повернутой на 90 градусов относительно положения на входе в кристалл
(3.2.1)
где - электрооптический коэффициент, зависящий от природы кристалла;
L и b - длина и толщина одного кристалла;
- показатель преломления для обыкновенной волны;
? - длина волны оптического излучения;
U - напряжение подаваемое на электрооптический модулятор.
Следовательно, полуволновое напряжение, обеспечивающее фазовый сдвиг . равно
(3.2.2)
где Lk -общая длина двух кристаллов.
Для заданного значения контраста (200) из выражения (3.1.6) следует, чтобы минимальный угол поворота плоскости поляризации, определяемый эффектом Поккельса, ?min должен быть не менее 86. Изменение угла поворота плоскости поляризации задается выражением:
(3.1.8)
где - электрооптический коэффициент, зависящий от природы кристалла;
L и b - длина и толщина одного кристалла;
- показатель преломления для обыкновенной волны;
? - длина волны оптического излучения;
- минимальное напряжение, при котором произойдет открывание электрооптического модулятора.
Минимальное напряжение равно
.
Следовательно, чтобы получить значение контраста не менее 200, максимальный разброс напряжения сигнала, подаваемого на электрооптический модулятор, должен составлять значение ДU = 0,31 кВ
Для получения импульсов генерации с длительностью менее 50 нс необходимо подавать на электроды электрооптического модулятора импульсы напряжения длительностью ? ? 20..50 нс.
.3 Электронная схема управления электрооптическим затвором
Принципиальная схема системы управления электрооптическим затвором показана на рисунке 3.3.1. LM555 используется для генерации сигнала прямоугольной формы с частотой ~1 кГц, который непосредственно подается на контакты 10 и 5 компаратора LM339. В этой схеме, LM 399 используется в качестве PWM контроллера. PWM контроллер формирует два импульсных сигнала прямоугольной формы разной полярности (на выводе 13 и выводе 2), которые предназначены для управления двумя мощными биполярными NPN транзисторами, 1N3904. Сигнал на выходе из этих транзисторов используется для управления двумя мощными IRF710, которые подключаются к первичной обмотке повышающего трансформатора (коэффициент трансформации: 12:460).
Для управления этой схемой требуется напряжение питания в 12В. Потребляемый ток не превышает 5А. IRF710 открываются и закрываются одновременно. Следовательно, на первичную обмотку трансформатора подается сигнал прямоугольной формы. Как результат, повышающий трансформатор создает 460 В переменного тока на вторичной обмотке. Это переменное напряжение будет усиливаться за счет использования цепи умножителя напряжения до 7 кВ.
Рисунок 3.3.1 - Принципиальная схема системы управления электрооптическим затвором на кристаллах BBO.
Цепь умножителя напряжения состоит из 24 высоковольтных конденсаторов с емкостью 680 нФ подключенных к 24 диодам 1N4007 для формирования 6-12 каскадов, как показано на рисунке 4.3.2. Количество каскадов (6 или 12) определяется числом используемых кристаллов ВВО.
Рисунок 4.3.2 - Принципиальная схема каскадного умножителя напряжения.
Каждая пара каскадов, состоящих из двух диодов и двух емкостей, обеспечивает усиление в 1кВ. Выходное напряжение находится по формуле:
(4.3.1)
где f - частота входного сигнала;
С - общая емкость каскадного усилителя;
n - количество каскадов;
Для осуществления обратной связи выходное напряжение подключают к отрицательному выходу делителя напряжения (к контакту 8 и контакту 6 из LM399) состоящего из серии резисторов 16 МОм соединенных с сопротивлением 20 кОм. Работая как делитель напряжения, эта схема пропускает сигнал обратной связи с напряжением в 5 В. Переменный входной сигнал с напряжением в диапазоне 0..5 В подается на контакт 9 и 7 цепи обратной связи. Это напряжение используется в качестве задающего входного сигнала от делителя напряжения. Выход обратной связи устройства (контакт 14 и контакт 1) непосредственно связан с выходом PWM контролера (вывод 13 и вывод 2). Если управляющее напряжение больше, чем напряжение обратной связи контроллера, PWM устройство будет непрерывно генерировать прямоугольные импульсы. Когда напряжение для прямой и обратной связи одинаково, PWM контроллер не генерирует прямоугольные импульсы с переключателей. Следовательно, усиление прекращается и напряжение остается постоянным. Регулируя задающее напряжение, можно изменять выходное напряжение данной схемы от 0 до 7 кВ.
4. Экспериментальная часть
.1 Конструкция лазера и описание экспериментальной установки
В данной дипломной работе были исследованы временные характеристики твердотельного лазера с накачкой диодными матрицами, работающими при частоте следования импульсов накачки 8 - 512 Гц. Общее количество используемых матриц не превышало 9 штук. Длительность импульса тока накачки изменялась в пределах 200 - 350 мкс. Исследованы три режима работы:
.режим пассивной модуляции добротности;
.режим с акустооптической модуляцией добротности;
.режим с электрооптической мо