LD泵浦Nd:YAG激光器控制系统设计

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全固态激光器一般由激光二极管(LD)泵浦源、耦合光学系统、激光谐振腔和固体激光介质等部分组成,该类型激光器具有效率高、稳定性好、寿命长、体积小和光束质量高等优点,不仅被广泛应用于军事、医疗和科学研究等领域,还常用于测距、跟踪、大气检测和激光传感等方面。全固态激光器的输出功率波动会限制其使用范围,其功率稳定性主要受到LD温度、注入电流以及激光介质温度等因素的影响。因此,研究并开发用于稳定全固态激光器输出功率的控制系统具有重要意义。  本论文设计了LD泵浦Nd:YAG激光器控制系统,主要包括以下内容。  首先,论文介绍了LD泵浦Nd:YAG激光器的组成及工作原理,分析了影响激光器稳定性的主要因素:即电流源、LD温度、Nd:YAG晶体温度等。设计了全固态激光器功率稳定控制系统方案,即在控制LD温度和Nd:YAG晶体温度恒定时,使用功率计探头采集激光输出功率信号,根据LD输出功率与其注入电流成正比这一关系,通过检测全固态激光器输出功率的变化,反馈调节LD注入电流,从而稳定全固态激光器的输出功率。论文对该设计方案进行了可行性分析。  然后,设计了基于C8051F020的控制系统硬件电路,主要包括LD驱动电源、温度采集与控制、功率采集与控制等。介绍了LD驱动电源的工作原理,并对其可行性进行了实验研究与分析;温度控制采用Pt1000铂热电阻采集温度,利用半导体制冷器(TEC)作为温度调节元件,并采用占空比可调的PWM波进行温度控制;功率控制利用激光功率探头采集功率,通过改变LD注入电流控制激光器输出功率稳定。  最后,在硬件电路基础上设计了软件系统,实现了控制系统的在线调试,并开展了相关实验研究。研究结果表明:LD驱动电源能够实现高精度稳定输出,温度稳定度优于0.2℃。  本论文进行的全固态激光器控制系统研究可以有效提高激光器输出光功率的稳定性,具有一定的工程应用价值。
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