全固态激光器控制系统工程化的研究与设计

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近年来,全固态激光器以其转换效率高、寿命长、光束质量高、体积紧凑等优势,在激光加工、国防工业等领域应用广泛,具有广阔的市场前景。由于全固态激光器对泵浦源驱动电流和晶体温度的稳定度非常敏感,因此需要具备高性能的控制器。控制系统是激光器设备的重要组成部分,也是国产全固态激光器产业化的关键技术之一。本论文通过对LD驱动电源和晶体温度控制等方面的研究,设计了一套基于DSPTMS320F28335的全固态激光器控制系统,实现了LD电流与温度的控制及保护,倍频晶体和混频晶体的高精度温度控制,Q开关频率信号的产生以及人机交互等功能。系统采用MOSFET控制的恒流源,温控电路以及保护电路构成LD驱动电源;采用基于铂电阻的桥式测量电路、精密仪表运放IN114与16位A/D转换器构成高精度测温电路;利用驱动芯片MAX1968对半导体制冷器进行驱动,实现对倍频和混频晶体的温度控制,并通过分段PID控制算法来提高控温稳定度与速度。控制系统测试结果如下:LD驱动电流可调范围为0~9A,LD温度可调范围为15~35℃,连续工作12小时内电流波动≤0.01A,温度波动≤±0.1℃;倍频和混频晶体温度可调范围为40~50℃,连续工作12小时内温度波动≤±0.006℃,达到稳定的时间<3分钟;Q开关信号频率可调范围为20~200KHz,信号占空比可调范围为5%~95%,提供内触发和外触发模式;具备显示、按键、存储、与PC机通信等功能。测试结果表明,该系统具有良好的电流、温度控制速度和稳定性,样机能够长时间稳定工作,控制激光器输出的激光光束质量良好。对于国产全固态激光器产业化具有重要的意义和实用价值。
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