Источник питания газового лазера Советский патент 1993 года по МПК H01S3/97 

Фиг./

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к системам питания газоразрядных лазеров с электрической накачкой, и может быть использовано при разработке и эксплуатации С02-лазеров с ВЧ-возбуждением.

Цель изобретения - повышение надежности работы источника питания в условиях возможных высоких степенях рассогласования нагрузки с выходным сопротивлением генератора, особенно в режимах затрудненного поджигэ активной среды лазера.

Поставленная цель достигается тем, что в известный источник питания газового ла- зера, содержащий последовательно соеди- ненные ВЧ-генератор и схему согласования импеданса активного элемента лазера с выходным импедансом ВЧ-генератора, пико вый детектор, вход которого через ослабитель подключен к входу схемы согла- сования, а также компаратор, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения, введен инТегратор, включенный между выходом пикового детектора и входом компаратора. При этом выход ком- паратора соединен с управляющим входом ВЧ-генератора.

Система питания обеспечивает автоматическое регулирование длительности включения ВЧ-генератора в зависимости от степени рассогласования выходного сопротивления ВЧ-генератора и входного сопротивления нагрузки (излучатель лазера) и позволяет повысить эффективность зажигания газовой среды за счет периодической подачи импульсов и автоматически, по мере уменьшения-степени рассогласования, переводит работу лазера из импульсно-перио- дического в непрерывный режим работы. Этим сокращается время нахождения электрорадиоэлементов в условиях наличия рассогласованного режима работы, существенно снижается уровень реактивной мощности на элементах и тем самым повы

шается надежность источника питания в

целом и повышается эффективность зажигания при запуске лазера,

На фиг.1 представлена схема источника питания газового лазера; на фиг.2 изображены эпюры, поясняющие его работу.

Источник питания лазера содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор 1, включающий в себя задающий генератор 2 и усилитель мощности 3, схему согласования. 4, подключен- ную выходом активному элементу лазера 5, пик-детектор б, подключенный через ослабитель 7 в цепь передачи мощности ВЧ-генератора 1 в нагрузку, Выход пик-детектора 6 через интегратор 8 подключен к

5

10

15 0 5

0 5 0

5

0

5

одному из входов двухуровневого компара тора 9, выход которого соединен с управляющим входом ВЧ-генератора 1, к второму входу компаратора 9 подключен источник опорного напряжения. В качестве ослабителя 7 могут быть использованы делители напряжения или направленные ответвители. Компаратор 9 может быть выполнен в виде операционного усилителя, охваченного обратной связью и имеющего разные уровни напряжений включения Уекл и выключения ивыкл.

На эпюрах, приведенных нг фиг.2, представлены: а - напряжение Uex.2 с ВЧ-генератора 1; б- напряжение ивых.4на выходе пик-детектора 6; в - напряжение 1)Вых.6 на выходе интегратора 8.

Источник питания лазера работает следующим образом. ВЧ-генератор 1 вырабатывает напряжение высокой частоты, которое поступает через согласующее устройство 4 на активный элемент лазера 5. С помощью ВЧ-напряжения (UBx.2) осуществляются первоначальное зажигание и накачка газовой среды активйого элемента. При каждом первоначальном пуске всегда имеет место рассогласованный режим работы ВЧ- генератора 1 и нагрузки. Продолжительность рассогласованного .режима работы зависит от. времени запаздывания зажигания газовой среды активного элемента, правильности настройки схемы согласования 4, состояния исправности всех элементов источника питания. В случае, если не произошло зажигания газовой среды активного элемента лазера, а также при неправильной настройке схемы согласования 4, в месте подключения ослабителя 7 возникает напряжение большее, чем в режиме оптимального согласования. На выходе пик-детэктора б возрастает напряжение (ивых.4), которое через интегратор 8 поступает на вход компаратора 9. При достижении уровня напряжения на первом входе компаратора 9, равногоуровню напряжения включения ивкл, определяемого уровнем опорного напряжения и параметрами компаратора 9, последней формирует сигнал на управляющий вход ВЧ-генератора 1 о прекращении подачи ВЧ-напряжения в нагрузку. ВЧ-генератор 1 прекращает работу до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора 8, уменьшаясь, не будет равно уровню Овыкл. которое определяется уровнем опорного напряжения и параметрами компаратора 9. Разницу уровней напряжений 11Вкл и Увыкл можно регулировать резистором обратной связ.и компаратора 7. Время включенного состояния ВЧ-генератора 1 (0- ti; t2-ta) определяется постоянной заряда

интегратора 8 и должно быть больше времени запаздывания зажигания активного элемента. Продолжительность паузы () определяется постоянной разряда интегратора 8 и уровнем напряжения выключения Увыкл и устанавливается из условий максимально допустимой мощности элементов схемы ВЧ-генератора 1. но не менее времени послесвечения газового разряда, составляющего для С02-лазеров около 100-250 мкс. После первичной подачи напряжения с ВЧ-генератора 1 в активном элементе лазера 5 происходит частичная ионизация, при повторном включении генератора 1 напряжение рассогласования уменьшается, ско- рость нарастания напряжения на интеграторе 8 уменьшается, время включенного состояния ВЧ-генератора 1 увеличивается (ta-ta). После зажигания газовой среды при наличии согласования напряже- ние на выходе пик-детектора б уменьшается еще больше, напряжение на интеграторе 8 не достигает напряжения включения (Овкл) компаратора 9, и схема автоматически переходит в непрерывный режим работы.

Таким образом, при наличии рассогласования в цепи ВЧ-генератор 1 л нагрузка лазера 5 система автоматически устанавливает импульсный режим подачи ВЧ-напря- жения на активный элемент лазера 5 и переход в непрерывный режим работы.

Тем самым существенно снижается уровень реактивной мощности в элементах и мощности, выделяемой в выходных транзисторах усилителя ВЧ-генератора 1, повышается надежность работы источника. Следует также отметить, что автоматический переход на импульсно-периодический режим работы лазера обеспечивает улучшение условий зажигания газовой среды за счет динамических процессов заряда и разряда собственной емкости активного элемента лазера и изменения установившегося режима в тракте передачи ВЧ-напряжения в нагрузку.

Формула изобретения Источник питания газового лазера, содержащий последовательно соединенные управляемый ВЧ-генератор и схему согласования импеданса активного элемента лазера с выходным импедансом ВЧ-генератора, пиковый детектор, вход которого через ослабитель подключен к входу схемы согласования, а также компаратор, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, в источник введен интегратор, включенный между выходом пикового детектора и входом компаратора, при этом выход компаратора соединен с управляющим входом ВЧ-генератора.

V&M4.

Сущность изобретения: источник питания газового лазера содержит последовательно соединенные управляемый ВЧ-генератор и схему согласования импеданса активного элемента лазера с выходным импедансом ВЧ-генератора. В цепь обратной связи источника включены ослабитель 7, пик-детектор 6, компаратор 9, интегратор 8. Источник обеспечивает импульсно-периодическую модуляцию ВЧ- напряжения возбуждения лазера. 2 ил,

.2

У: