准分子激光控制和保护电路设计与研究

摘要

准分子激光是目前紫外波段脉冲能量最大的激光光源，在工业微加工、物理和材料科研，以及眼科、皮肤科医疗等领域有着许多独特的应用。而这些应用对准分子激光器的性能也提出了较高的要求，尤其是稳定的运行、简便的控制和可靠的保护。
　　本文主要对放电激励准分子激光控制和保护系统进行了研究工作。文章介绍了准分子激光器基本结构，简述了激光器控制系统的各功能模块和抗干扰设计，控制系统实现了对激光器的有效可靠控制;其次，设计了高压放电系统的保护电路，优化了模拟量传输方案，实现了对整个激光器实时工作状态有效监测和闸流管触发异常保护控制，提高了系统的安全性和可靠性。最后重点研究了激光脉冲能量的无损检测和闭环控制方案，采用PIN管检测高反镜漏光并结合高速高精度积分电路，实现了响应快、精度高且无损的实时在线检测;结合闭环控制方案调节工作电压补偿激光脉冲能量的衰减，实现了稳定的激光脉冲能量输出。
　　本文设计的系统包含模拟量检测、放电高压检测和保护、激光脉冲能量检测的多闭环控制。模拟量检测采用直接测量V-F变换的频率信号，减少了中间转化模块，达到响应时间～6ms，平均误差小于0.5％，实现强电磁干扰环境下的高精度模拟量传输和控制，满足精准工作气体配置和系统温度稳定的闭环控制需求。放电高压保护系统对电流及每个触发脉冲实时检测，响应时间～5us，实现了高压模块的闭环控制和有效的异常保护，提高了系统可靠性。激光脉冲能量检测系统在248nm及308nm准分子激光系统中进行了性能测试，电路响应时间～10us，满足kHz高重频的应用需求;与Ophir外置能量计对比测试，在统计分析结果上呈现良好的一致性;激光系统结合激光脉冲能量检测和放电高压控制，实现了有效的恒能量模式运行，能量均值和能量波动性都保持稳定，满足各类激光应用需求。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 准分子激光技术概述

1．2．1 准分子激光原理

1．2．2 准分子激光技术的发展

1．2．3 准分子激光泵浦技术

1．2．4 准分子激光应用

1．3 本论文主要工作

第2章 准分子激光器控制架构设计

2．1 准分子激光器基本结构简述

2．2 总体方案研究与设计

2．3 功能模块设计

2．4 抗干扰设计

2．5 本章小结

第3章 保护系统设计

3．1 闸流管保护电路设计

3．1．1 闸流管工作原理

3．1．2 保护电路逻辑设计

3．1．3 保护电路硬件设计

3．2 模拟量检测

3．2．1 模拟量传输常用方法

3．2．2 系统总体结构设计

3．2．3 数据采集及转换

3．3 本章小结

第4章 能量检测和闭环系统设计

4．1 整体系统设计

4．2 探测器选择

4．2．1 热释电探测器

4．2．2 光电二极管探测器

4．3 检测电路设计

4．3．1 电荷积分电路

4．3．2 峰值保持和同步触发电路

4．3．3 信号读取时序设计

4．4 能量闭环控制系统设计

4．4．1 准分子激光能量稳定控制原理

4．4．2 控制方法

4．5 本章小结

第5章 系统性能测试

5．1 闸流管保护电路性能测试

5．2 模拟量检测实验测试

5．3 能量闭环系统的性能测试

5．3．1 检测电路性能测试

5．3．2 准分子激光器的能量检测实验

5．3．3 闭环控制性能测试

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果