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515-nm大功率激光器控制系统设计

董全睿 张振东 王伟国 陈涛 陈飞

董全睿, 张振东, 王伟国, 陈涛, 陈飞. 515-nm大功率激光器控制系统设计[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(5): 1013-1018. doi: 10.37188/CO.2022-0133
引用本文: 董全睿, 张振东, 王伟国, 陈涛, 陈飞. 515-nm大功率激光器控制系统设计[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(5): 1013-1018. doi: 10.37188/CO.2022-0133
DONG Quan-rui, ZHANG Zhen-dong, WANG Wei-guo, CHEN Tao, CHEN Fei. Control system design of 515-nm high power laser[J]. Chinese Optics, 2022, 15(5): 1013-1018. doi: 10.37188/CO.2022-0133
Citation: DONG Quan-rui, ZHANG Zhen-dong, WANG Wei-guo, CHEN Tao, CHEN Fei. Control system design of 515-nm high power laser[J]. Chinese Optics, 2022, 15(5): 1013-1018. doi: 10.37188/CO.2022-0133

515-nm大功率激光器控制系统设计

doi: 10.37188/CO.2022-0133
基金项目: 国家重点研发计划(No. 2021YFB3601402)
详细信息
    作者简介:

    董全睿(1992—),男,吉林长春人,工学博士,2014年于吉林大学获得学士学位,2020年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事光电精密跟踪测量技术方面的研究。E-mail:dongquanrui0431@126.com

  • 中图分类号: TN248.4

Control system design of 515-nm high power laser

Funds: Supported by National Key R&D Program of China (No. 2021YFB3601402)
More Information
  • 摘要:

    为了实现激光器稳定且安全地输出,设计了一款基于515-nm的大功率激光器控制系统。首先,对该系统的泵浦驱动模块进行研究,利用现场可编程门阵列(FPGA)完成对模块的模拟采样并在数字信号处理(DSP)中完成计算输出,采用数字PID方式完成恒流源的闭环控制;其次,使用半导体制冷器(TEC)实现倍频晶体模块的稳定温度控制,以热敏电阻(NTC)作为反馈实现温度控制;最后,设计了激光器的人机交互系统,实现了对激光器内部状态的实时监测、判断与存储。为了验证控制系统的有效性,选择一款泵浦进行测试。实验结果表明:泵浦驱动模块能够持续稳定地工作,控制系统能够实时监测激光器的内部状态,安全可靠。倍频后的激光器输出中心波长为514.98 nm,功率可达170 W,光功率稳定度为±0.07 dB,并且控制系统的所有器件及设备均100%采用国产化,满足515-nm大功率激光器的系统设计需求。

     

  • 图 1  光纤激光器的示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of the fiber laser

    图 2  大功率激光器控制系统原理框图

    Figure 2.  Functional block diagram of the high power laser control system

    图 3  泵浦驱动模块示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of the pump drive module

    图 4  倍频温控模块示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of the frequency doubling temperature control module

    图 5  主控系统工作流程示意图

    Figure 5.  Working flow diagram of the control system

    图 6  泵浦源电流-功率特性曲线

    Figure 6.  Current-power characteristic curve of the pump source

    表  1  温度测试结果

    Table  1.   Results of temperature measurements (°C)

    Expected
    temperature
    1st
    Measured
    temperature
    2nd
    Measured
    temperature
    3rd
    Measured
    temperature
    Average
    temperature
    |Max
    error|
    4039.9840.0139.9939.990.02
    4141.0240.9941.0141.010.02
    4242.0342.0241.9942.010.03
    4342.9942.9943.0143.000.01
    4444.0243.9744.0144.000.03
    4544.9945.0145.0245.010.02
    4646.0145.9845.9945.990.02
    4747.0147.0346.9947.010.03
    4848.0148.0147.9948.000.01
    4948.9948.9849.0148.990.02
    5050.0150.0349.9950.010.03
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-18
  • 修回日期:  2022-08-02
  • 网络出版日期:  2022-08-12

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