Устройство для стабилизации мощности лазерного излучения Советский патент 1992 года по МПК H01S3/13 

1 (6) 07.08.9. Вюл. V 29

(21)4393968/25 ,

(22)21.03.88

(72) А.В. Паршин, В.И. Пшеничников и А.Е. Архипов1 (53) 621.37Ь.8(088.8) (56) Измерение спектрально-частотных и корреляционных параметров и характеристик лазерного излучения/Под ред. А.Ф. Коткжа. М., 982, с. 21-2.

Кирюников К.В. идр. Широкополосная система стабилизации мощности излучения сильноточного аргонового лазера. - ПТЭ, 1981, W 1, с. .

( УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

(5/) Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в системах накачки газовых лазеров, в частности ионных лазеров. Цель изобретения - повышение стабильности мощности излучения и надежности работы устройства. Цель достигается путем обеспечения выходного напряжения на первом операционном усилителе, связанном с датчиком мощности излучения, приблизительно равном опорному напряжению источника, подключен4- ном к второму операционному усилителю, который связан с регулирующим элементом и с датчиком тока. Установка напряжения на неинвертирующем входе первого операционного усилителя осуществляется системой автоматического поддержания требуемого уровня напряжения, устанавливаемого цифроаналоговым преобразователем с помощью счетчика, управляемого операционными усилителями, сравнивающими выходной сигнал от первого операционного усилителя и источника напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в системах накачки газовых лазеров, в частности ионных лазеров.

Цель изобретения - повышение стабильности мощности излучения и надежности работы устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для стабилизации мощности лазерного излучения.

Устройство содержит регулирующий элемент 1 и датчик 2 тока, включенные последовательно с излучателем 3 и подключенные к источнику питания, первый Ц и второй 5 операционные усилители, датчик 6 мощности лазерного излучения, оптически связанный с излучателем 3 и подключенный к инвертирующему входу первого операционного усилителя k, переключатель 7, подсоединенный к одному из его выводов первый источник 8 опорного напряжения, интегрирующий конденсатор 9 подключенный одним выводом к общей шине, а дру гим - к общему выводу переключателя / и неинвертирующему входу второго операционного усилителя 5, систему 10 автоматического поддержания требуемого уровня опорного напряжения на инвертирующем входе операционного усилителя Ц в режиме стабилизации тока разряда излучателя и схему 11 управления переключателем.

Oi

-U

СО 4ь

го

10

is

Система 10 автоматического поддержания уровня опорного напряжения на , входе усилителя Ц содержит цифроана- логовый преобразователь (ЦАП) 12, выход которого соединен с неинвертирующим входом усилителя 4, реверсивный сметчик 13 связанный выходами с входами ЦАП 12, генератор 1 импульсов, логическую схему 2И 15 и логическую с схему ЗИ 16, причем схема 2И 15 одним входом соединена с выходом генератора 1, вторым входом через инвертор 17 подключена к выходу схемы ЗИ 16, выход схемы 2И 15 соединен со счетным входом счетчика 13j выход схемы ЗИ 16 подключен к схеме управления переключателем 11. Кроме тбго, система 10 содержит четыре операционных усилителя 18 - 21 и три источника 22 - 24 опор- 20 ного напряжения, при этом к входам третьего операционного усилителя 18 подключены второй и общий выводы пе-. реключателя 7 выход третьего операционного усилителя 18 связан с неин- 25 вертирующими входами четвертого 19 и пятого 20 операционных усилителей и с инвертирующим входом шестого операционного усилителя 21, неинвертирующий вход которого и инвертирующий JQ вход пятого операционного усилителя 20 соединены с выходами соответственно второго 22 и третьего 23 рззнопо- лярных источников опорного напряже.- ния„ Выходы пятого 20 и шестого 21 операционных усилителей и входная клемма источника 25 строб-сигнала подключены к входам второй схемы ЗИ 16. Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Яри стабилизации разрядного тока (состояние переключателя 7 показано на чертеже) осуществляется косвенная стабилизация мощности лазерного излу35

40

поступлении на его счетный вход импульсов с генератора 1 через схему 2И 15. Направление счета определяется уровнем сигнала (логический. О или 1) на входе Направление счета, который вырабатывается усилителем 19 в зави- симости от знака сравнения опорного напряжения первого источника 8 и выходного напряжения с первого операционного усилителя kt отрабатывающего сигнал с датчика 6 мощности излучения. Сравнение осуществляется на третьем операционном усилителе 18. За напряжением сравнения осуществляется контроль детектором нулевой зоны на усилителях 20, 21. Если сигнал сравнения с третьего усилителя 18 находится в интервале опорных напряжений источников 22, 23 опорного напряжения, на выходах операционных усилителей 20, 21 образуется высокий уровень напряжения. При этом условии поступление на третий вход схемы ЗИ 16 стробирующего импульса с входной клеммы источника 23 опорного напряжения приводит к включению схемы 11 управления переключателем. Уровень напряжения источников 22 и 23 опорного напряжения определяет допустимую разность выходного напряжения первого операционного усилителя и первого источника опорного напряжения, которая не вызывает резких перепадов на входе второго операционного усилителя 5« Одновременно этот сигнал через инвертор 17 и схему 2И 15 приводит к прекращению счета по входу С и фиксации двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 13. Конденсатор 9 устраняет возможные всплески напряжения управления в момент коммутации переключателя 7.

Таким образом, одновременно со стабилизацией тока разряда отрабатывачения за счет стабильности тока через ется сигнал управления для стабилизаизлучатель 3 с помощью регулирующего элемента 1, управляемого операционным усилителем 5. Управление осуществляется сигналом сравнения опорного напряжения с источника 8 и сигнала с датчика 2 тока.

Одновременно на входе первого опе- оаиионного усилителя k формируется опорное напряжение из четвертого источника 2 опорного напряжения. Формирование осуществляется в соответст вии с двоичным ходом, поступающим на ЦАП 12 из счетчика 13. Изменение со- держимого счетчика 13 происходит при

SO

.55

ции мощности излучения первым операционным усилителем Ц, Всякий раз при изменении величины напряжения источника 8 опорного напряжения для регулировки выходной мощности лазерного излучения система 10 автоматически устанавливает опорное напряжение на неинвертирующем входе первого усилителя k таким, чтоб его выходное напряжение сравнялось с напряжением, установленным на выходе источника 8 опорного напряжения. Точность установки этих напряжений выбирается из условий допустимых уровней перегрузки.

0

s

05 JQ 35

40

поступлении на его счетный вход импульсов с генератора 1 через схему 2И 15. Направление счета определяется уровнем сигнала (логический. О или 1) на входе Направление счета, который вырабатывается усилителем 19 в зави- симости от знака сравнения опорного напряжения первого источника 8 и выходного напряжения с первого операционного усилителя kt отрабатывающего сигнал с датчика 6 мощности излучения. Сравнение осуществляется на третьем операционном усилителе 18. За напряжением сравнения осуществляется контроль детектором нулевой зоны на усилителях 20, 21. Если сигнал сравнения с третьего усилителя 18 находится в интервале опорных напряжений источников 22, 23 опорного напряжения, на выходах операционных усилителей 20, 21 образуется высокий уровень напряжения. При этом условии поступление на третий вход схемы ЗИ 16 стробирующего импульса с входной клеммы источника 23 опорного напряжения приводит к включению схемы 11 управления переключателем. Уровень напряжения источников 22 и 23 опорного напряжения определяет допустимую разность выходного напряжения первого операционного усилителя и первого источника опорного напряжения, которая не вызывает резких перепадов на входе второго операционного усилителя 5« Одновременно этот сигнал через инвертор 17 и схему 2И 15 приводит к прекращению счета по входу С и фиксации двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 13. Конденсатор 9 устраняет возможные всплески напряжения управления в момент коммутации переключателя 7.

Таким образом, одновременно со стабилизацией тока разряда отрабатыва

SO

55

ции мощности излучения первым операционным усилителем Ц, Всякий раз при изменении величины напряжения источника 8 опорного напряжения для регулировки выходной мощности лазерного излучения система 10 автоматически устанавливает опорное напряжение на неинвертирующем входе первого усилителя k таким, чтоб его выходное напряжение сравнялось с напряжением, установленным на выходе источника 8 опорного напряжения. Точность установки этих напряжений выбирается из условий допустимых уровней перегрузки.

Это позволяет при переключении в режим стабилизации по мощности излучения не изменять режим работы регулирующего элемента 1 при переключении, исключить перегрузки. Переход в режим стабилизации тока осуществляется снятием высокого уровня с входа Строб источника 23 опорного напряжения.

Применение предлагаемого устройст- ва позволяет за счет устранения перегрузки отдельных элементов газового лазера в переходных режимах работы повысить стабильность мощности излучения и надежность газовых лазеров.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации мощности лазерного излучения, содержащее регулирующий элемент и датчик тока, включенные последовательно с излучателем, первый и второй операционные усилители, датчик мощности лазерного излучения, оптически связанный с излучателем и подключенный к инвертирующему входу первого операционного усилителя, переключатель, к первому из выводов которого подключен первый источник опорного напряжения, интегрирующий конденсатор, включенный между общей шиной и вторым выводом переключателя, соединенного с неинвертирую-- щим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемен-35 соединены с входом цифроаналогового

та, а неинвертирующии вход - с датчиком тока, другой вывод переключателя соединен с выходом первого операционного усилителя, отличающеес я тем, что, с целью повышения вателя соединен с четвертым источни- бильности мощности излучения и надеж- ком опорного напряжения.

g

0

5

0

5

ности работы устройства, в нег введены цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, генератор импульсов, схемы 2И и ЗИ, инвертор, второй, третий и четвертый источники опорного напряжения, схема управления переключателем, дополнительно четыре операционных усилителя и источник строб-сигнала, при этом с входами третьего операционного усилителя соединены первый и второй выводы переключателя, выход третьего усилителя соединен с неинвертирующим входом четвертого и пятого операционных усилителей и с инвертирующим входом шестого усилителя, неинвертирующий вход которого и инвертирующий вход пятого операционного усилителя соединены соответственно с положительным выводом второго и отрицательным выводам третьего источников опорного напряжения выводы пятого и шестого усилителей и входная клемма источника строб-сигнала через схему ЗИ соединены со схемой управления пере- кфочателем и с входом инвертора, выход которого и выход генератора импульсов через схему 2И подсоединены к сметному входу реверсивного счетчика, вход Направление счета которого соединен с выходом четвертого операционного усилителя, соединенного инвертирующим входом с общей шиной, а выходы реверсивного счетчика

преобразователя, соединенного выходом с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, дополнительный вход цифроаналогового преобразо