CC BY
157
ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДНЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ В.В. Тогатов, С.В Гагарский, П.А. Гнатюк, Ю.И. Черевко
Разработан блок питания для импульсной накачки лазерных линеек, работающих в составе твердотельного лазера. Максимальная амплитуда импульса тока накачки 100 А при длительности до 400 мкс и частоте повторения до 5 кГц. Разработана программа «VLC3», которая управляет режимом работы блока питания по COM-порту или USB.
Блок питания предназначен для импульсной накачки одной или двух последовательно включенных лазерных линеек, которые, в свою очередь, осуществляют накачку твердотельного лазера. По сравнению с известными аналогами разработанный блок обладает большей универсальностью, меньшими габаритами и обеспечивает независимость температурного режима лазерных линеек от длительности паузы между импульсами тока, начиная с первого импульса.
Рис. 1. Электрическая плата блока питания
Блок питания (рис. 1) выполнен в виде единой печатной платы, на которой расположены следующие модули.
• Управляемый источник тока лазерных линеек, построенный по схеме модулятора с частичным разрядом накопительной емкости, в котором коммутирующим элементом является линейный источник тока. Этот модуль по заданной программе формирует импульсы тока накачки и дежурного тока.
Два термоэлектрических контроллера, обеспечивающих независимую температурную стабилизацию лазерных линеек с помощью элементов Пельтье. Схема регистрации сигнала с фотодетектора, осуществляющая контроль лазерного излучения.
Управляемый блок питания пилотного лазера, расположенного в диодном модуле. Управляемый высоковольтный источник (до 4 кВ), напряжение с которого подается в схему модулятора, управляющего оптическим затвором твердотельного лазера. Микроконтроллер, управляющий всеми компонентами блока питания. Он выставляет параметры режима накачки и контролирует реальные величины этих параметров. Через микроконтроллер осуществляется связь компонентов блока питания с персональным компьютером.
Рис. 2. Основное окно программы
Кроме того, на плате расположены источники питания двух вентиляторов с контролем их состояния, а также светодиоды, индицирующие состояние блока питания.
Разработана компьютерная программа «VLC3», которая управляет режимом работы блока питания по COM-порту или USB. Основное окно программы «VLC3» пока-
зано на рис. 2. В правой части окна приведены текущие значения параметров, а в левой - вновь устанавливаемые значения. Из параметров накачки устанавливаются величины тока накачки и дежурного тока, а также длительности импульса накачки и паузы между импульсами. Из параметров термоэлектрических контроллеров независимо устанавливаются и регистрируются температуры обоих лазерных линеек, а также регистрируется температура общей горячей стороны элементов Пельтье. Регистрируется ток (или мощность) фотодетектора, включается питание пилотного лазера, устанавливается напряжение высоковольтного источника.
Помимо установки и регистрации параметров, в программе предусмотрено переключение режима работы блока либо от внутреннего генератора, либо от внешних синхроимпульсов. В режиме внешней синхронизации блок может работать без подключения к компьютеру. Реализована программная индикация состояния всех модулей, расположенных на плате, а также предусмотрен контроль внешних логических сигналов. Меню программы позволяет производить расширенную настройку параметров каждого
модуля и определять логические условия допустимой рабочей области.
Питание платы осуществляется от двух источников постоянного тока - 24 В и 5 В. Основные параметры блока питания:
- максимальная амплитуда импульса тока накачки ...................................................... 100 А
- длительность импульса тока накачки ................................................................. 60-400 мкс
- средняя мощность, передаваемая в лазерные линейки ......................................... < 100 Вт
- максимальная частота повторения импульсов накачки ..............................................5 кГц
- нестабильность амплитуды импульса тока ..................................................................< 1 %
- нестабильность средней мощности выходного оптического излучения
в режиме модуляции добротности и удвоения частоты * .....................................< 1,6 %
- максимальное напряжение на лазерных линейках ...................................................... 4,4 В
- максимальный дежурный ток через лазерные линейки ............................................... 10 А
- диапазон установки температуры элементов Пельтье с шагом 0,1 °С ................ 15-30 °С
- максимальное напряжение на элементах Пельтье ........................................................ 24 В
- максимальный ток через каждый элемент Пельтье........................................................ 8 А
- максимальная мощность на каждом элементе Пельтье ............................................ 150 Вт
- напряжение высоковольтного источника........................................................ 1500-4000 В
- максимальная мощность высоковольтного источника ............................................... 12 W
- линейный диапазон измерения фототока .........................................................0,01-40 мкА
- задержка выходного синхроимпульса
относительно окончания тока накачки .............................................................. 0-400 мкс
- габариты платы ............................................................................................ 120*150*40 мм3
Импульсный блок питания разработан при поддержке компании Vitro Laser GmbH (Германия) для питания лазерных диодных модулей серии JOLD-CPXF. В настоящее время блок питания в сочетании с излучателем типа VLC3 используется в составе технологических установок, предназначенных для лазерной гравировки в объеме прозрачных диэлектриков.
* Долговременные измерения нестабильности оптической мощности проводились в течение 16 часов на выходе одномодового №3+:УУ04 лазера с продольной импульсной накачкой лазерным диодным модулем типа ГОЬБ-70-СРХР-1Ь с частотой повторения 2 кГц при энергии выходных импульсов на удвоенной частоте (532 нм) порядка 1 мДж и длительности менее 4 нс.
