直流供电的小型Er:YAG激光器电源研究

摘要

本文首先回顾了固体激光器的发展历程,概述了固体激光器电源的发展状况,并总结了固体激光器对电源的基本要求。脉冲 Er:YAG激光器在医学方面应用越来越广泛,其工作物质Er:YAG上能级寿命远低于下能级寿命,采用氙灯泵浦,要求较高的泵浦速率形成粒子数反转,这就对激光电源的性能提出了较高的要求。
　　根据激光采血的技术要求,本文设计了便携式Er:YAG激光采血仪的电源电路和控制系统,并详细分析了它们的工作原理。该激光电源采用28V直流电源作为供电电源,硬件电路主要包括四部分:充电电路,储能放电电路,并联触发系统以及单片机控制系统等。其中,充放电电路的设计是全文的重点:根据开关型充电电路的设计机理,采用推挽式逆变电路,将直流逆变为50KHz的高频交流,经高频变压器升压、桥式整流后给储能电容充电,大大减小了电源的体积和重量,并对各部分电路所需器件参数进行了详细的分析、计算和选择;针对Er:YAG不易形成粒子数反转的特性,利用单网孔放电网络,设计放电回路工作于临界阻尼状态,使储能电容上的电能较集中地通过负载氙灯释放,提高泵浦速率,增大激光输出。为提高控制精度,采用AT89C51单片机系统对电源进行控制,实现了人机接口及工作状态的显示。
　　将设计的电源与Er:YAG激光器联机调试后进行实验,在不同充电电压下对激光输出能量进行了比较,证明该激光装置可针对不同对象的皮肤状况选择不同的泵浦能量档即不同的充电电压。电源充电电压在400~600V可调,电源电路结构简单,性能可靠,价格低廉,满足了激光采血仪的便携式要求。

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1 绪论

1.1 固体激光器的发展历程与特点

1.2 固体激光器电源概述

1.3 论文研究的背景及内容

2 电源系统基础理论分析

2.1 脉冲固体激光器的能级系统

2.2 电源负载的特性分析

2.3 储能放电电路

2.4 氙灯触发电路

3 充电电路设计

3.1 充电电路的方案选择

3.2 逆变电路的硬件实现

3.3 高频变压器的设计

3.4 整流电路的设计

4 智能控制与显示系统设计

4.1 单片机接口电路与隔离技术

4.2 单片机对充电电压的控制

4.3 键盘与显示系统

5 联机调试与实验

5.1 实验装置

5.2 实验方案

5.3 实验结果与分析

6 总结与展望

致谢

参考文献