本文選題：準(zhǔn)分子激光器 + 電容充電電源　； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：放電激勵(lì)的準(zhǔn)分子激光作為大功率紫外光源,具有峰值功率高、波長(zhǎng)短、光子能量高等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)及醫(yī)療領(lǐng)域。研制高穩(wěn)定性準(zhǔn)分子激光器實(shí)用產(chǎn)品是醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)重要方向,影響激光器產(chǎn)品穩(wěn)定性的因素諸多,如激光頭儲(chǔ)能電容充電電源穩(wěn)定性和充電精度、產(chǎn)品設(shè)備的電磁兼容性以及整機(jī)的反饋閉環(huán)穩(wěn)定控制等。本文對(duì)上述影響因素展開(kāi)研究,以期進(jìn)一步提高準(zhǔn)分子激光技術(shù)水平和激光器產(chǎn)品的整體性能,推進(jìn)國(guó)產(chǎn)高端準(zhǔn)分子激光設(shè)備的研發(fā)。論文首先回顧了準(zhǔn)分子的發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域,概述了電激勵(lì)準(zhǔn)分子激光器的關(guān)鍵技術(shù)如低重頻大能量技術(shù)、高重頻技術(shù)、氣體補(bǔ)償技術(shù)等,介紹了準(zhǔn)分子激光器儲(chǔ)能電容充電電源的主要拓?fù)浜拖嚓P(guān)技術(shù),簡(jiǎn)述了準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)的電磁兼容性,重點(diǎn)闡述了本論文的研究意義和工作內(nèi)容。為了滿足工業(yè)及醫(yī)用準(zhǔn)分子激光器儲(chǔ)能電容組的充電需求,分別開(kāi)展了用于高重頻和低重頻電容充電電源研究。高重頻電容充電電源基于LC串聯(lián)諧振拓?fù)?引入輔助電路和時(shí)序控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電容的高重頻高精度充電,在激光器儲(chǔ)能電容5.44μF的情況下,獲得最大充電電壓1.92 kV、充電精度0.05%、工作重復(fù)頻率4 kHz、充電能力40 kJ/s的輸出特性;低重頻電容充電電源采用推挽式拓?fù)浣Y(jié)合有源低損吸收回路實(shí)現(xiàn)對(duì)電容的恒流充電,電源輸出電壓為10～35 kV,開(kāi)關(guān)頻率45 kHz,平均充電速率為2.6 kJ/s,激勵(lì)一臺(tái)儲(chǔ)能電容為64 nF的KrF準(zhǔn)分子激光器獲得最大820 mJ的輸出能量,兩類電源的充電精度和性能滿足工業(yè)及醫(yī)用領(lǐng)域?qū)嶋H使用要求。電磁兼容性是準(zhǔn)分子激光產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)前需特別關(guān)注的一項(xiàng)重要指標(biāo),應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),論文第四章對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了研究,從實(shí)驗(yàn)的角度探索了準(zhǔn)分子激光頭的電磁輻射特性,并結(jié)合屏蔽理論和電磁兼容理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的屏蔽體的屏蔽效能達(dá)40 dB以上,系統(tǒng)整機(jī)能可靠穩(wěn)定運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高準(zhǔn)分子激光器的輸出穩(wěn)定性,開(kāi)展了輸出能量穩(wěn)定的理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提出了基于電壓補(bǔ)償能量的PI算法,基于設(shè)計(jì)的低重頻電容充電電源搭建了 308 nm準(zhǔn)分子激光皮膚治療儀,對(duì)PI算法的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。治療儀在107個(gè)脈沖內(nèi)仍能維持目標(biāo)能量17.5 mJ附近,能量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差從0.2%緩慢上升至3%,各輸出參數(shù)滿足準(zhǔn)分子激光皮膚治療儀的實(shí)用要求。
[Abstract]:As a high power ultraviolet light source, the discharge excited excimer laser has the characteristics of high peak power, short wavelength and high photon energy. It is widely used in industrial and medical fields. The development of high stability excimer laser practical products is an important direction of medical and industrial applications. There are many factors that affect the stability of laser products, such as the stability and charging accuracy of laser head storage capacitor charging power supply. Electromagnetic compatibility of product equipment and feedback closed loop stability control of the whole machine. In order to further improve the excimer laser technology and the overall performance of laser products, the research on the above factors is carried out in order to promote the development of domestic high-end excimer laser equipment. Firstly, the history and application of excimer are reviewed, and the key technologies of electrically excited excimer laser, such as low repetition rate and large energy technology, high repetition frequency technology and gas compensation technology, are summarized. This paper introduces the main topology and related technologies of the energy storage capacitor charging power supply for excimer lasers, describes the electromagnetic compatibility of the excimer laser system, and emphasizes on the research significance and work content of this paper. In order to meet the charging requirements of industrial and medical excimer laser energy storage capacitors, the research of high repetition frequency and low repetition frequency capacitor charging power supply has been carried out respectively. Based on LC series resonant topology, the high repetition frequency and high precision charging of capacitor is realized by introducing auxiliary circuit and timing control system. The laser energy storage capacitance is 5.44 渭 F. The maximum charging voltage is 1.92 KV, the charging accuracy is 0.05, the working repetition rate is 4 kHz, and the charging capacity is 40 kJ/s. The low repetition rate capacitor charging power supply adopts push-pull topology combined with active low loss absorption circuit to realize the constant current charging of the capacitor. The output voltage of the power supply is 100.35kV, the switching frequency is 45kHz, and the average charge rate is 2.6kJ / s. A KrF excimer laser with a storage capacitance of 64nF is excited to obtain a maximum output energy of 820mJ. The charging accuracy and performance of the two types of power supply meet the practical requirements of industry and medical field. Electromagnetic compatibility (EMC) is an important index which should be paid special attention to before excimer laser products enter the market. The electromagnetic radiation characteristics of excimer laser head are explored from the point of view of experiment. The whole system is designed in combination with shielding theory and electromagnetic compatibility theory. The shielding efficiency of the designed shield is over 40 dB, and the whole system can run reliably and stably. In order to further improve the output stability of excimer lasers, theoretical research and experimental verification of output energy stability are carried out. A Pi algorithm based on voltage compensation energy is proposed. A 308 nm excimer laser skin therapy instrument is built based on the designed low repetition frequency capacitor charging power supply, and the rationality of Pi algorithm is verified. The instrument can maintain the target energy around 17.5 MJ within 107 pulses, and the relative standard deviation of energy increases slowly from 0.2% to 3. The output parameters meet the practical requirements of the excimer laser skin therapy instrument.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN24

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本文編號(hào)：1828657