用于ICF研究的激光脉冲整形驱动的智能控制研究

来源 :中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:luyufan221
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惯性约束聚变试验中要求激光脉冲辐照靶产生的消融压力能够按照一定的规律有步骤的增加,这就对到靶激光脉冲的时域形状提出了很高的要求。随着具有高可靠性与灵活性的集成光学新概念的提出,激光脉冲整形成为可能,电脉冲整形技术是采用集成光学技术进行激光脉冲整形的关键技术之一。本文设计了用于ICF研究的激光脉冲整形驱动的智能控制系统,并成功应用于激光脉冲整形系统。该智能控制系统对激光脉冲整形系统中任意波形发生器产生的整形电脉冲进行高速采样,将高速采样获取的数据通过FPGA进行处理后,反馈至任意波形发生器的输入端,动态调整整形电脉冲的形状,直至激光脉冲整形系统输出理想形状的整形激光脉冲。激光脉冲整形系统利用任意波形发生器产生的整形电脉冲直接驱动半导体激光器产生整形激光脉冲。基于半导体激光器的直接线性调制特性和GaAsFET的开关特性设计的任意波形发生器是光脉冲整形系统的核心装置。该波形发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时间后经微带线耦合输出,输出即为多路负脉冲叠加的波形。脉冲幅度由GaAs栅极偏压决定,而且通过多路不同幅度的脉冲堆积效应可以获得形状任意可调的整形电脉冲。在单脉冲触发电路中采用渐变微带线技术,补偿了脉冲的传输损耗,使得脉冲在传输中幅度基本保持一致。高速采样系统是整个的核心装置。基于时间交替采样技术,利用两片片800MSPS的MAX105A/D转换器实现1.6GSPS的系统采样率。文中重点讨论了时间交替采样技术的原理以及方案实现过程中的高速模数转换、时钟信号处理、高速数据传输的问题。此外还对电路板设计中的层叠、串扰、延迟反射、参考层设计等问题进行了阐述。采用VB.NET开发了智能控制系统的上位机。上位机通过RS232实现与智能控制系统中单片机和FPGA的通信。上位机的作用是设定任意波形发生器的初始值。在单片机控制系统中采用扫描时输出的方式使用一个DA芯片实现33路模拟电压的转换输出,提高了资源利用效率,降低了设计成本。后期信号的处理采用Altera公司的EP4CE15F17C6N芯片进行。FPGA接收前端ADC输出的LVDS数字信号后,与理想设定值进行比较后,将通过一定算法得到的反馈信号作用于任意波形发生器的输入端,对任意波形发生器的输出整形电脉冲进行动态的调节。智能控制系统实现了激光脉冲整形系统的计算机智能控制,能够灵活准确的理想整形光脉冲。
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