發(fā)布時間：2020-12-30 16:01

　　光纖激光器是一種以固態(tài)激光二極管進行泵浦的半導(dǎo)體激光器,具有穩(wěn)定性好、效率高和靈活性強等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、科研、軍事、醫(yī)療、通信等各個領(lǐng)域。光纖激光器技術(shù)的發(fā)展與其驅(qū)動電源技術(shù)密不可分,激光器驅(qū)動電源性能的優(yōu)劣將直接影響激光器光束的輸出質(zhì)量和穩(wěn)定性,因此高效穩(wěn)定的激光器驅(qū)動電源必須滿足參數(shù)可調(diào)、精度高、輸出電流大、恒流輸出、電流波紋小、穩(wěn)定性高等特點。本文中為了驅(qū)動實驗所需的光纖激光器,設(shè)計了一款參數(shù)調(diào)整方便、輸出功率高且性能穩(wěn)定可靠的激光器驅(qū)動電源。本文在分析光纖激光器的工作原理、主要特點及負載特性的基礎(chǔ)上,根據(jù)參數(shù)要求提出了驅(qū)動電源的設(shè)計方案。該驅(qū)動電源包括連續(xù)驅(qū)動和脈沖驅(qū)動兩種輸出模式,主要由脈沖電壓輸出、連續(xù)電壓輸出、電壓/電流反饋電路、溫度采集電路和模式選擇電路組成,其核心為DC-DC變換電路。本電源選擇了半橋拓撲電路作為功率轉(zhuǎn)換電路,以infineon公司的2EDF7275F半橋驅(qū)動芯片作為功率轉(zhuǎn)換電路的柵極驅(qū)動芯片,IXYS公司生產(chǎn)的MOSFET管IXTP100N04T2作為功率開關(guān)管;設(shè)計中采用STM32F103RCT6單片機作為電源的主控芯片,主要為半橋電路提供... 

【文章來源】： 王猛 山東師范大學(xué)

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光纖激光器的結(jié)構(gòu)

山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文5第2章光纖激光器的基本理論及負載特性2.1激光的產(chǎn)生原理光纖激光器是以光纖為基質(zhì)的激光器，主要以摻稀土元素的玻璃光纖作為增益介質(zhì)，泵浦光在光纖的纖芯內(nèi)形成高功率密度，使其中摻雜的離子產(chǎn)生能量級的粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，當(dāng)加入正反饋回路時，就產(chǎn)生了激光的輸出[21]。激光的產(chǎn)生是一個放大的過程，基本條件包括：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)[22]、光反饋和滿足激光振蕩的閾值條件。激光器一般由泵浦源、激光工作介質(zhì)和光學(xué)諧振腔[23]三部分組成，光纖激光器的結(jié)構(gòu)見圖2-1。圖2-1光纖激光器的結(jié)構(gòu)光纖激光器的激勵方式可分為光泵式和電注入式，一般在應(yīng)用中常電注入式激勵方式，在激勵時沿正向偏壓對激光二極管注入電流，在結(jié)平面區(qū)域就會發(fā)生受激發(fā)射現(xiàn)象，見圖2-2為電注入式激勵方式結(jié)構(gòu)示意圖。光纖激光器的激光輸出有三種模式包括CW(連續(xù)的)輸出模式、QCW(準連續(xù))輸出模式和Pulse(脈沖)輸出模式，本設(shè)計中主要為連續(xù)和脈沖模式的激光器提供驅(qū)動電源。圖2-2電注入式激勵激光的產(chǎn)生過程中，必須使粒子數(shù)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，即必須使工作介質(zhì)發(fā)生受激輻射產(chǎn)生增益，產(chǎn)生受激輻射的條件是在激光上能量級的粒子數(shù)要比激光下能量級的粒子數(shù)多。一般情況下，處于激光上能量級的粒子數(shù)是比激光下能量級的粒子數(shù)少的，因此為了實現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)需要對工作介質(zhì)提供外界能源，也稱為激勵源，這一過程叫做泵浦或者抽運。一般光纖激光器采用光泵浦方式，其工作方式是用一束強光照射工作介質(zhì)，實現(xiàn)載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，圖2-3為受激輻射的示意圖。

山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖2-3受激輻射諧振腔[24]是能夠使光產(chǎn)生共振的裝置，可以通過諧振使發(fā)射的光具有激光的特點。光學(xué)諧振腔能夠?qū)崿F(xiàn)激光的穩(wěn)定持續(xù)和高質(zhì)量的一定功率輸出，主要作用有產(chǎn)生激光和控制在腔內(nèi)振蕩的光束特性提高輸出激光的質(zhì)量。兩塊相距為L的平行平面光學(xué)諧振腔（F-P腔）的結(jié)構(gòu)圖見圖2-4。圖2-4平行平面腔結(jié)構(gòu)圖光纖激光器是一種新型的固體激光器，它的實質(zhì)是激光二極管，采用激光二極管代替閃光燈泵浦光纖激光器的工作介質(zhì)，LD泵浦具有峰值功率高、效率高、噪聲特性好、頻率穩(wěn)定、壽命長、光束質(zhì)量好等優(yōu)點。光纖激光器在泵浦光的作用下能夠容易的形成高功率密度從而實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，然后通過反饋形成諧振腔，實現(xiàn)激光振蕩。光纖激光器的泵浦源選擇標準為泵浦效率高，ESA（激發(fā)態(tài)吸收）效應(yīng)校光纖激光器性能受泵浦源的性能影響很大，泵浦源的效率壽命都會影響激光的品質(zhì)，選擇合適的泵浦源對激光器的研究有決定性的作用。2.2光纖激光器的主要特點光纖激光器的等效電路圖見圖2-5所示。圖中為一個π型的低通濾波LCR電路和LD等效電路的并聯(lián)電路的組合，電路中的二極管為激光二極管，用來產(chǎn)生激光；0C和sR為光纖激光器的寄生電容和串聯(lián)電阻，該電容一般小于1pF,串聯(lián)電阻一般為數(shù)歐姆，在正向偏置下有源區(qū)的電阻小于1，1L為引線的電感，sC為旁路電容，選擇合適的sC和1L值能

【參考文獻】：
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本文編號：2947917