KDP晶体调Q高压电源研究

发布时间：2020-09-22 07:41

　　由于点火系统,制导行业,医疗行业等发展需要调Q技术飞速发展,并且因为相互促进的关系使得近几年调Q技术取得了很多突破性的进展。如今,为了取得激光脉冲中脉冲宽度高达纳秒,峰值功率高于兆瓦的巨脉冲往往通过调Q技术最容易获得。因为新型开关管的研发,各行各业对调Q技术的进展愈发期待,例如:在医疗方面的激光手术、工业领域的激光切割、军事领域的激光雷达技术、摄影领域的高速摄影等等,在不同的领域需要的激光技术也不尽相同,有的需要更窄脉宽,这就需要调Q倒控技术,有的需要功率大,当然也有的需要输出高频等等,正因为需求的不同也就需要不同的控制系统,因此对于晶体调Q高压电源的研究变得非常重要。本文首先对电光调Q的基础理论进行的简单分析,研究了普克尔盒调Q高压电源对Nd~(3+):YAG激光器输出特性的影响,研究了普克尔盒调Q高压电源需要达到的性能参数要求,主要包括以下的几个方面的内容:针对现有的电光晶体调Q电源进行分析讨论了电源的优缺点,为了解决现有电源存在的问题,本论文在电光晶体调Q电源设计中提出了了一种新颖的驱动方式,晶体调Q高压电源中采用以PWM方式和PFM方式结合串脉冲驱动L-C谐振变换电路,克服了分布电容和电感问题,解决了以PWM方式驱动升压所产生的由跳频引起的真实纹波系数过大问题。并且在研究过程中发现了调Q晶体高压电源在退压电路中存在开关管耐压低,导通速度慢,结构复杂等问题,为了解决这些问题本论文对退压电路重新设计通过以VMOS场效应管为核心退压器件设计了主从式的退压电路,有效地解决了退压时间问题,和开关管耐高压问题。大大的简化了电路的复杂程度增加了电路的可靠性。在完成设计后,对KDP晶体调Q高压电源的输出电压范围以及输出电压的稳定性进行了实验测试,并且对脉冲触发电路的性能对快速开关电路的导通性能进行了测试。通过搭建一台Nd~(3+):YAG固体激光器实验平台与设计KDP晶体调Q高压电源进行配合,完成电光晶体调Q实验。通过实验验证本论文设计的KDP晶体调Q高压电源稳定可靠,能够实现电压恒定输出,结构简单,退压速度快。在电光调Q实验过程中调Q激光输出稳定。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN86
【部分图文】：

普克尔盒,结构示意图

图 2-1 普克尔盒结构示意图.2）带入到（2.3）得：dSdSCrεεε0= =2.4）中，是相对介电常熟rε 真空介电常数0ε ，并且 S 是电d 正电极和负电极之间的距离从式（2.4）中可以看出，普克器的电容的电容C 含量，会随着介电常数ε 的绝对值变化，当增大。当平行板电容器两端电极的面积 S 增大时，电容 C 也会式（2.4）我们可以看出正负极板的距离d 成反比关系，电离d 的增加而逐渐减小。，采用一块 5mm×10mm×3mm 的普克尔盒（24KD PO）电光晶为 21），普克尔盒的正负电极是贴片的所以我们将它近似的面积，所以普克尔盒的等效电容C 等于：C = 3.1pF尔盒调 Q 高压电源的组成及其性能要求

普克尔盒,高压电源,调Q,升压电路

2.5）2.2 普克尔盒调 Q 高压电源的组成及其性能要求2.2.1 普克尔盒调 Q 高压电源的组成普克尔盒调 Q 高压电源是由升压电路退高压电路及信号源组成。其原理如图2-2 所示。升压电路可以生成一个高压，且其具有十分稳定并且可调的特点。根据电光晶体的电容特性可知，它的等效电容值很小（约 3.7PF）且负载轻，因此可

普克尔盒,电光调Q,纵向,速率方程

图 2-3 普克尔盒纵向电光调 Q 实验2.3 电光调 Q 电源基本理论分析2.3.1 普克尔盒对电光调 Q 影响分析调 Q 的速率方程是一组方程，是电光晶体调 Q 的基本理论，其描述了激光腔中受激光子的数量和晶体棒掺杂的工作物质的能级中的粒子数反转的数量随时间的变化。速率方程一般用于对激光形成和期间参数选择进行计算分析。根据这些关系式，可以确定调 Q 脉冲的峰值功率、脉冲宽度、调 Q 激光产生的时间和粒子数反转四个参数之见互相影响。由于工作物质粒子数和腔内光子数之间存在互相影响，建立激光形成的速率方程[13]。调 Q 激光振荡的速率方程表达式如下：δφφδφ(1)2 ΔΔ=ΔΔ= Δttnndtdnndtdn(2.14)

【参考文献】