激光电源范文第1篇

【关键词】YAG激光器；电源；节能技术

在现代工业激光、医疗激光等研究领域中，YAG激光器均是其重要的分支，加强对于其设计、加工及应用中相关技术问题的深入研究与探讨，对于现代激光技术的创新与发展具有重要的意义。在YAG激光器的应用中，光电效率低、无故障寿命较短等问题是不容忽视的，客观限制了其推广与应用。因此，在今后的技术研究工作中，必须注重YAG激光器电源节能的问题，以实现耗能少、无故障寿命长的基本要求。

1、YAG激光器的工作原理及对于电源的基本性能要求

在YAG激光器光源的选择中，气体连续放电灯管因具有良好的性能而成为首先，此类激光灯管必须配备专业的电源才能保证稳定、安全、高效工作。YAG激光器的工作原理为：YAG激光器普遍是采用气体放电灯激励的，较为常见的YAG连续激光器多是应用连续氖灯泵浦，在满负荷情况下试灯的使用寿命约为200h，在70%的负荷下使用寿命约为1000h。一般情况下，YAG激光器采用灯激励每秒几十次重复频率的激光器，其最大峰值功率可达几百兆瓦，连续输出的最高功率已超过1000W，串联激光器的连续输出功率可达数千瓦。YAG激光器应用的电源为专用电源，其基本性能要求主要包括以下几方面：

1.1气体放电电流波纹应尽可能小，在激光打标、精密加工等过程中，对于激光功率的稳定性要求较为严格，由于受到热惯性作用的影响，激光灯所输出的激光功率波纹会明显低于激光灯管气体放电电流波纹，所以，YAG激光器的电源必须具有理想的高频及低频波纹抑制与调节功能，以实现对于气体放电电流波纹的有效调控。比如在精细网纹辊的精细打孔工业中，必须要求极其优异的接近衍射极限的光束质量，标准的TEM00单模输出，输出波长为1.06微米，单脉冲能量1MJ，准直后光束直径10mm，M2<1.8，光束发散角0.24mrad；经焦距为50mm的透镜聚焦后，光斑直径可以小于6微米（只有多模的Nd:YAG激光器的1/10左右），工作点的峰值功率密度非常高，达109W/cm2,使20瓦平均功率的脉冲光纤激光器用于激光制辊时的效果超过平均功率100瓦的YAG激光器，才可以适合于进行精细网纹辊的精细打孔等应用。

1.2提升引燃灯管的可靠性，并且保证其平滑的过渡至连续放电状态，由于YAG激光器的引燃系统、恒流系统共用一个输出，应特别注意的是在引燃过程中，必须关注恒流控制系统的安全性问题。

1.3大功率、高效率、节能，根据国家的相关规定与要求，要求YAG激光器专用电源的实际工作效率必须保持在93%以上。

1.4软启动的特性，在初次进行电源与启动连接时，电源的输入电流必须小于负荷电流，应避免对于电网产生任何冲击。

1.5高精度、快速的电流跟踪能力，YAG激光器是否输出激光或者激光输出功率的大小，主要是由流经激光灯管的电流量决定。因此，在YAG激光器的设计中，必须采取有效的措施进行输出电流的调控，并且注重输出电流与电流给定信号的快速跟随。在激光功率调定电流的情况下，激光灯管的直流电流必须稳定在调定电流的范围内。

1.6全方位保护性，YAG激光器的电源必须保证安全性与可靠性，因为一旦出现电源质量或安全问题，极有可能导致整套激光设备处于瘫痪状态，所以，在YAG激光器的设计中，必须对于电源采取全方位保护性的措施，例如：输出/输入保险管、电压电流保护、电源监测保护、频率快速保护及双重电流保护等。

2、YAG激光器中的电源节能技术分析

YAG激光器的电源系统主要由开关型主电源电路、CPU控制电路、预燃电源电路、触发电源电路、储能电容放电时间控制电路等组成（见图1）。泵浦氪灯作为整个YAG激光器电源的负载，根据气体氪灯的伏安特性要求，氪灯必须保证有效点燃，进而产生泵浦光波。YAG激光器电源的基本工作流程为：1）触发电源部分提供的高压（约为2万千伏），电离击穿激光灯管内的惰性氪气，以实现触发；2）在电离触发过程中，输出电压（约为2千伏）的预燃电源部分，促使氪灯处于低燃弧预燃的状态；3）打开晶体管开关，使得储能电容器内部的主电源能量迅速通过氪灯，以形成放电回路，氪灯此时处于强辉光放电的状态。以国内自主生产的某品牌YAG激光器为例，对比传统的电源形式，笔者提出了具体的节能改造措施。

2.1常用的YAG激光器电源形式

本款YAG激光器的氪灯采用原有电源，点灯的可靠性为96%，维持电流为45A。在500h出现偶尔熄灯的现象，氪灯寿命约为900h。在维持电流＜3.6A的情况下，激光器基本上无法保持正常工作。

2.2YAG激光器电源的节能技术改造

激光电源范文第2篇

关键词：半导体激光器；驱动电路；慢启动

中图分类号：TM1 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0045-010引言

随着半导体在通信、测控、医疗、集成光学等技术领域的广泛应用，它越来越受到人们的关注，为其设计一款精度较高、性能可靠、经济、耐用的驱动电源成了我们当前最为紧要的问题，由于半导体激光器“娇贵”的特点，所使用的电源必须要在性能与质量上严格把关。

1半导体激光器转移特性

在一定温度下，当驱动电流低于阈值电流时，激光器输出光功率P近似为零，半导体激光器只能发荧光。驱动电流高于阈值时输出激光，并且光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加并呈线性关系。在实际应用中必须对激光二极管提出两个要求，一是较低的门限电流，二是稳定的P-I曲线。从原理上来讲，在工作物质一定的情况下，半导体激光器输出的激光频率应当由谐振腔长度和激励源的强度有关，换句话说，半导体激光器的输出频率取决于：PN结的温度和注入电流的大小。另外，由于半导体PN结相当脆弱，稍有电流冲击就会造成损害。所以在具体使用半导体激光器时，我们对其供电电路和调制电路的要求相当严格。

我们用异质结来代替同质结就可以将门限电流降低两个数量级，而对于稳定性问题目前只有通过外加恒温和光反馈等来加以改善。对一般的半导体激光器来说，激光二极管是正向结法，光电二极管是反向结法。受光后转换的光电流在电阻上以电压形式反映出射光功率的大小，添加控制电路就可以达到控制发光功率的目的。

2电路设计

试验中所用激光二极管型号为HT670T5，该管波长为650nm，额定功率为30mW。

2.1 电流源电路线性电源具有精度高、稳定度高但是效率较低的特点，但考虑到半导体激光器对电源精度的苛刻要求，而且我们设计的电源是一种小功率电源，效率低的缺点就显得不是特别重要，所以我们设计方案选择线性电源。

为了实现精度和稳定度的要求，实现抑制纹波和降低噪声的要求。设计了两级调整模块，前一级使用稳压芯片，通过扩流，输送到后一级调整模块。

市电通过电网滤波器进入变压器，降至21V（峰值），经过整流滤波（具体电路省略）后通过由稳压集成块与扩流电路组成的一级调整电路；之后，通过后级的串联—取样—反馈—调整，最后输出。

在具体恒流源电路设计中，负载不是加在它的输出端，而是加在调压器LM317T的输入端。对于实际负载来说，调压器LM317T的输入起恒流源作用。因为调压器输出端接的是虚假负载R1，所以不论实际负载两端电压的真实值是多少，它都消耗一个恒定不变的电流。调压器和虚假负载R1上的电压使电路总允许电压下降。负载电流由R1设定，其值等于1.25A/Ω×R1。

2.2 纹波调零电路为了减小稳流电源的纹波电压，需要为电路增设纹波调零电路，在正常工作中，调节纹波调零电位器可使输出纹波电压非常小。纹波成分通过电容耦合至运放的反相输入端，在具体的纹波调零电路中，它经放大后加至调整管的基极。因此，可达到上述的效果。

2.3 保护电路实际应用中，激光器很容易受到同电路其它电器干扰产生的浪涌电流的伤害，为保护激光器不受到浪涌电流的冲击，我们可以在电路中加入慢启动电路。此外，为更好的保护激光器，我们可选用2SA1015和2SC1815等类型的吸流管，在电压源的制作过程中基本可保护激光器的安全运行。加上电压源中电网滤波器的作用，将电路制作成简单的限流型保护电路。

3实验结果

本文所设计的驱动电源，通过慢启动、纹波调零等电路，在实验室中的应用效果良好，较好的解决了半导体二极管在使用中输出功率不稳定的问题，测量结果如下：

考虑示波器的带宽限制，修正为：

电流源：

电流纹波及噪声：?燮0.1uA

电压源：

纹波：?燮0.01mV

电流纹波及噪声：?燮0.5uA

调整范围：0－500mA

参考文献：

激光电源范文第3篇

可以产生高压拉弧效果，能给激光器提供高达约1.5万伏的高压，将氮分氮分子激发到高能级，从而激励出激光。

关键词 氮分子激光器；零电压开关；高压包；高压拉弧

中图分类号 TN248 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）112-0180-02

氮分子激光器??是具有输出峰值功率高，输出激光波长处于紫外波段（337.1nm）等特点，它是一种重要的近紫外相干光源。它的应用也十分广泛，可以作为有机染料激光器的泵浦光源；分离同位素、荧光诊断、超高速摄影、污染检测以及医疗卫生、农业育种等方面。

氮分子激光器需要高达万伏级的电源实现激励出光。关于氮分子激光器电源制作这方面的文献很少。我们设计制作了氮分子激光器的供电电路，运用了变压器中的电压变换、软开关中的零电压开关、行输出变压器提高阳极电压，电源整体轻便小巧，能输出12 kV的高压。当大气压下的氮气流过激光腔，脉冲形成线外侧冲压的火化室内自触发火花隙放电时，激光器有稳定输出。本文主要介绍通过调整火花隙的距离和激光器输出能量，使得氮分子激光器处于最佳的放电电压。

1 氮分子激光器的工作原理

氮分子激光器的原理如图1所示：铝板和铝箔以环氧树脂板为电介质形成两个电容器，电源接通后，由于电感对直流为通路，电源同时对储能电容器和脉冲传输线充电，上面两块铝箔板均为高电位，下面铝箔为零电位，这时激光腔内两电极具有相同电位，不会产生气体放电。当达到一定高压时，火花隙击穿，该点电位突然降到零，与下面铝箔的零电位相等。零电位迅速向左传播，使激光腔内接脉冲传输线的电极也降到零电位。因为电感对瞬时电流为断路，而接储能电容器的电极仍处于高电位，此时两电极间形成的高电位差使气体放电，激励氮分子产生激光。经很短时间的放电后，两电极间的电压降到了击穿电压以下，放电停止，完成一个激光脉冲。

2 激光器高压电源的电路结构

图1 氮分子激光器的结构

氮分子激光器的电源主要分为三个部分（图2）：变压器、高压包和零电压开关驱动电路。变压器将220 V交流电源转成零电压开关驱动电路所需的12 V～36 V电压。变压器输出的电压通过两块IRFP250N驱动芯片双驱动来驱动高压包，从而使高压包两个输出端口产生12 KV～16 KV的高压，以此来击穿火花隙，产生一个激光脉冲。上下铝箔板的电压差的要求是万伏级的，制作起来有一定的难度。

3 变压器、高压包和零电压开关驱动电路

变压器利用电磁感应原理改变交流电压的装置，主要由初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）构成。我们的电路中利用了变压器的电压变化及稳压功能，将220 V电压变化成12 V～36 V电压。高压包是行输出变压器的俗称，功能是输出高压直流电。其原理是提高阳极电压，使电子束以更快的速度轰击出。高压包主要运用于电视机中，在电视机用来加速电子式屏幕达到足够亮度，也用在电脑液晶显示屏中，使屏幕达到足够亮度。我们设计的电路利用高压包给氮分子激光器供电。零电压开关电源[2]以硬开关模式工作，即开关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠，因而开关损耗大。高频化虽然可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了。为此，必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压开关（Zero Voltage Switch，简称ZVS）/零电流开关（ZCS）技术，或称软开关技术。零电压开关驱动电路如图3

所示。

图3 零电压开关驱动电路

4 火花隙的距离与放电电压的关系

断开电源之后，改变火花隙的放电距离L1，这样就能方便地控制火花隙的放电电压U（前提是控制气压不变，因为控制气压也能改变放电电压）。图4为火花隙在标准大气压（1.013×105Pa）下，火花隙放电电压与放电距离的实验值，如A点火花隙的距离L1=1.0 mm时，电源电压超过了6.5 kV，两铝电极会自动击穿氮气放电。

图4 放电电压与放电距离的关系

5 激光器输出能量与放电电压的关系

图5 激光器输出能量与放电电压的关系

激光腔放电电极的距离L2在0.8 mm～3.4 mm之间变化时，激光器都有激光输出。对不同的距离，激光器输出能量与放电电压的实验关系曲线如图5所示，其中U为放电电压，E为单脉冲能量的相对值。在放电电极距离L2较小时，放电电压最低可为4 kV，但是激光输出很弱，而且激光腔中放电不稳定。随着放电电极距离L2的增大，激光器的能量明显增加，且能量输出均匀稳定。放电电极对应一段距离，激光器的输出随放电电压的升高而增加，并且有一个最大值，此时放电电压再升高，输出能量也不再增加。当放电电极的距离超过3.6mm以上时，会有弧光放电。

6 总结

经过多次实验测试，氮分子激光器的电极间距最佳值是：火花隙的放电距离L1为3.5 mm，放电电极L2为3.2 mm，放电电压为14.4 kV。

我们设计的小型氮分子激光器的供电电路采用了驱动电视机高压包与零电压开关电路，电路体积小、功率大、发热小、寿命长、耐冲击、效率高。在24 V供电的情况下，可以200 W-300 W的功率连续长时间运行。在不连接激光腔时可以观察到高压电弧。此外，该电路设计可以运用于特斯拉线圈、马克思发生器、雅各布天梯，对电学的高压设计有一定的参考价值。

致谢

本研究受大学生创新活动计划项目（编号cx1121009）、上海市教委学科建设专项（编号A-3500-11-10）的资助。在实验制作过程中，上海工程技术大学电子电气工程学院熊洁老师给予了大力支持和帮助，在此深表感谢。

参考文献

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[2]阮新波，严仰光.直流开关电源的软开关技术[M].北京：科学出版社，2000：87.

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[5]顾绳谷.电机及拖动基础[M].北京：机械工业出版社，2007：59.

[6]张育川，解燕.电容倒空式氮分子激光器[J].激光.1982.9（1）：28.

[7]郑用武，陈绍辉.陶瓷储能小型氮分子激光器的研究[J].1982，9（6）：38.

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[9]蔡伯荣，王瑞丰，程泽东等.激光器件[M].长沙：湖南科学技术出版社，1984：125.

激光电源范文第4篇

关键词：驱动电路；脉宽控制恒流源电路；温度检测及补偿电路；单片机处理

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.8.006

*基金项目：中国气象局科研专项经费项目2010－2011年公益性行业（气象）EYHY201006045

道路状况传感器根据水、冰、雪的不同红外光谱特性，通过对干燥路面反射的光谱信息和有覆盖物的情况下得到的光谱信息的对比，实时检测路面的干、潮及湿状态，测量水、冰、雪的覆盖类型和覆盖厚度。传感器使用单色性好、体积小、工作电压低的激光二极管提供阵列式多光谱，根据光电管的性能，要使光谱稳定，光功率必须稳定，功率的稳定性直接关系到仪器的测量精度和范围，是影响仪器性能好坏的关键因素。系统利用专用驱动芯片和温度自动补偿技术实现功率的稳定，同时利用激光二极管功率的PWM恒流电路实现功率的连续可调。用集成激光管驱动芯片iC-WKN，使用少量器件利用激光二极管光反馈电流调整供电功率，提高激光管输出功率的稳定性；脉宽控制恒流源电路利用PWM脉宽调制信号控制参考电流实现光功率的连续可调；温度检测及补偿电路自动调整激光管工作温度，使其工作在一定范围的温度内，减小环境温度变化对激光管输出功率的影响；滤波电路主要由稳压电源和滤波网络组成，能使激光管电源输出稳定的电流并具有很小的纹波系数。

驱动电路设计

激光器控制片iC—WKN是德国iC—Haus公司的产品。它集成了一部分半导体激光器的保护电路，可以对激光器进行更有效的保护。芯片具有2个监控引脚，可以通过改变外部电阻调节激光器的输出功率，还可利用外部可调节电流源对激光器的输出功率进行连续调制。该芯片可取代常见的半导体激光器驱动电源中复杂的模拟电路部分，在对半导体激光器进行驱动的同时方便地控制其输出功率。根据光电管的工作原理，在反向电压不变的情况下，激光管监视电流的大小与光的强度成正比，当功率稳定时，激光管监视电流是不变的，控制IMDK即可控制激光管功率，公式如式1：

定的加热功率。

激光电源范文第5篇

在自然界，有一半以上的材料，至今人们难以判断其精细特征，因这些材料只能在深紫外波段才能吸收光子，对其打入深紫外激光令其发生定向变化，就可以知道这些材料详细或精确的性能;深紫外全固态激光入射到凝聚态物质后可以打出电子，根据爱因斯坦外光电效应，就可以探测到物质精细的微观电子状态（能量、动量和自旋），从而可以解读材料的宏观物理特性。拥有了深紫外全固态激光，就能够发展出能观测电子行为的“高倍显微镜”，在它的帮助下，科学家们可将世界看得更清晰：看到之前看不到的现象，看清之前看不清的世界，由此探索世界的新问题，发现新现象，获得新数据。

深紫外全固态激光如何产生？

全固态激光器要产生深紫外激光，关键是找到合适的非线性光学晶体。经过10余年努力，中科院在国际上率先生长出大尺寸KBBF（氟硼铍酸钾）晶体，是目前唯一可倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体。大尺寸深紫外非线性光学KBBF晶体生长成功以后，如何将其研制成精密化、实用化激光源，则成为一个棘手的问题。许祖彦院士研究组与陈创天院士研究组合作，发明出KBBF晶体的棱镜耦合技术（已获中、日、美专利），即无需按照匹配角斜切割晶体，即可实现深紫外全固态激光倍频输出。KBBF棱镜耦合器件在国际上首次实现了1064nm激光的6倍频输出，将全固态激光波长缩短至177.3nm，首次将深紫外激光技术实用化、精密化。

KBBF晶体是如何发挥作用的呢？在实验室内，你可以看到，在一米二长、一米宽的光学实验平台上，放置着一台深紫外（177.3 nm）全固态激光源（见图），分三部分：一部分为泵浦源系统A（包括基频、二倍频和三倍频激光系统），二部分为六倍频系统B，为深紫外全固态激光产生系统，三部分为深紫外全固态激光整形输出系统C。空气中的水、氧气及有机物等对深紫外激光有强烈的吸收，因此深紫外激光的产生及整形需要在真空腔内的高真空或高纯氮气/氦气环境下。

研究团队在此前的基础上，最终研发出精密化、实用化的系列深紫外全固态激光源，具有光子能量高、光谱分辨率高、光子流密度大、可低重频至高重频及纳秒、皮秒和飞秒多种方式运转等特点，非常利于开发深紫外固态激光源前沿装备，在前沿科研中观测新现象、获取新数据，因此深紫外激光技术与前沿装备的研发在物理、材料、化学、信息、生命、资环六大学科领域都有重大的应用前景。

独步世界的深紫外固态激光源前沿装备

为了自主发展我国前沿科研装备，中国科学院暂时禁止深紫外全固态激光相关技术出口。为开创深紫外领域科学技术发展的新局面，2007年，在财政部和中科院的支持下，设立了深紫外固态激光源前沿装备研制项目，并制订了创新的组织管理模式。该项目于2013年9月通过验收，全面完成了研制任务，达到了预期目标：我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光源的国家，并研发成功9种系列化新型深紫外固态激光源前沿装备，对学科交叉面广、跨度大、探索性和工程性均很强的原创性重大科研装备自主创新积累了丰富经验。9种国际首创的深紫外固态激光源前沿装备分别为：深紫外激光高能量分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪、基行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪、深紫外激光光发射电子显微镜、深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光光化学反应仪及深紫外激光原位时间分辨隧道电子谱仪。

我国自主研制的9种深紫外固态激光源前沿装备，属全球首创，为物理、材料、化学学科领域研究提供全新的探索手段，能将微观世界看得更清晰，已经在高温超导、催化反应、石墨烯、拓扑绝缘体和超宽禁带半导体等一系列重大前沿科学研究领域中获得了重要结果，已有近百篇于Nature及子刊等国际顶级科学期刊，不断推动相关科学仪器行业的科技进步，有望创建新的科技前沿，使我国科学家在深紫外前沿探索中占据主动。例如，通过外光电效应，观测凝聚态物质内电子的能量、动量、自旋三种基本参数来探索物性的光电子能谱仪，大大提高了观测电子能级的清晰度，主要技术指标都成量级提高，在铜氧化物高温超导体中，直接看清了费米能级是口袋形的，为建立高温超导理论提供了重要信息;首次看清了Sr2IrO4的高能奇异电子能带为瀑布型结构，有助于在Ir氧化物中探索新型高温超导材料;过去看不到的电子自旋结构现在可以看到了：首次看到Au（111）表面态存在自旋劈裂，并发现拓扑绝缘体Bi2Se3的自旋结构和轨道结构是固定在一起的，等等。

在科技部支持下，中科院已启动了深紫外全固态激光源及其前沿装备产业化的研发工作，逐步将其推向市场;并在财政部及中科院支持和领导下启动了深紫外固态激光源前沿装备研制二期工作，开展6种国际创新水平前沿装备的研制工作，从物理、材料、化学领域拓展到信息、资环、生命领域，继续推动深紫外技术的深度开发。