LD抽运固体激光器控制系统的研究与开发

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激光二极管(LD)抽运的固体激光器(DPL)具有体积小、效率高、光束质量好、寿命长等优点,得到广泛应用。DPL控制系统是保证DPL正常工作的必备系统,其性能对DPL的转换效率和光束质量等特性影响很大,是DPL实用化、集成化的关键技术之一,成为当前的研究热点。本论文在对LD驱动电源特点和DPL热特性分析的基础上,设计了一种新型DPL控制系统(包括LD驱动电源和温度控制器两部分)。该系统采用高性能微处理器ADuC848作为控制核心,以负温度系数热敏电阻为测温元件,半导体致冷器(TEC)为加热/致冷元件,数字PID为控制算法构成闭环控制系统;采用数模转换器输出电压控制的电流源与保护电路构成LD的恒流驱动电源。论文主要内容包括以下六个方面:第一,介绍了DPL的结构、优点及发展前景,分析了DPL控制系统对DPL转换效率和光束质量等特性的影响。概述了DPL控制系统的研究现状。第二,设计了LD恒流驱动电源。实验结果表明:该电源可输出0~5A可调的电流,电流稳定度优于0.1%。第三,在分析LD和DPL热特性的基础上,提出了DPL温度控制系统的设计方案,完成了系统硬件设计,给出了温度测量电路、TEC驱动电路、串口通信电路的设计方法和相应的电路图。第四,研究了数字PID控制算法的原理及设计方法,建立了控制对象的数学模型。第五,设计了系统软件,给出了主要程序模块的流程图。第六,对温度控制效果进行了实验研究及分析。结果表明:该温度控制系统在10℃~40℃范围内,控温稳定性优于0.1℃。本论文研究并开发的DPL控制系统满足了设计要求,并且具有电路简单、工作可靠的特点,对DPL的研究与应用有较高的参考价值。
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