摘 要

本文研究闪光灯泵浦的调Q Nd-YAG脉冲激光器的电源。电源功能为：给控制电路提供信号，给制冷水循环系统提供驱动信号，给氙灯充电电容提供0-1000V脉冲电压，给电光Q开关的KDP晶体提供3700V的动态与静态高压及所需的延时信号。

主要工作分为两个部分：首先将激光器电源的线路模块化，对各模块加以分析，弄清楚激光器电源各模块协同工作原理，画出了核心充放电电路的电路图并说明电路的功能；其次通过实验分析电源的输入输出特性，以及脉冲高压、调Q电压等的实现情况。

研究结果表明：充电电路采用串联谐振恒流充电的方式，充电效率比较高。调Q电源的电路可以实现调Q的功能。

本文特色为：模块化分析Nd-YAG激光器电源的实物线路并画出各部分电路图，分析并实现各模块的功能。

关键词：激光电源；氙灯充电电源；Q开关控制电源；控制电路

Abstract

In this paper, the main content is about the study of flash lamp pumped Q-switching Nd-YAG laser power supply. Power function is: providing the signal for control circuit, a driving signal for refrigeration water recycle system, a 0-1000V pulse voltage for xenon lamp charging capacitor, 3700V dynamic and static voltage and delay signal for the KDP crystal of electrooptic Q-switching.

The main work has two parts: first is to make the laser power supply circuit modularized, and analysis each module, understand the principle of the laser power supply module coordination working, draw out the core circuit diagram of charge and discharge circuit and explain the function; second is to analysis the input and output characteristics of the power through the experimental, and the condition of achieving pulse voltage and Q-switching voltage function.

The study result show that charging circuit is series resonance circuit with constant current charging, its charging efficiency is high. The Q-switching power supply circuit can realize the function of the Q-switching.

The feature of this paper is that making the laser power supply circuit modularized, analysis each module, and draw the part circuit diagram. Analyzing and realizing the function of each module.

Key word: laser power supply; xenon lamp charging power supply; Q-switching power supply; control circuit

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 固体激光器泵浦电源 1

1.2 研究背景及目的与意义 1

1.3 固体激光器电源发展和前景 2

1.4 本文主要内容与章节安排 2

第2章 光泵Nd-YAG激光电源 3

2.1 激光器结构 3

2.2 闪光灯电源 4

2.2.1 工作原理 4

2.2.2 脉冲氙灯 5

2.2.3 氙灯的触发 5

2.2.4 预燃电路 6

2.2.5 充放电电路 6

2.2.6 脉冲氙灯放电过程伏安特性 8

2.3 制冷水循环系统 8

2.4 电光调Q 9

2.4.1 电光Q开关 9

2.4.2 Q开关电压与延时 10

2.5 本章小结 10

第3章 核心电路及功能实现 11

3.1 制冷水循环驱动电路 11

3.2 闪光灯电源线路分析 12

3.2.1 全桥串联谐振充电电路 12

3.2.2 放电电路 17

3.3 调Q电源线路 18

3.4 本章小结 19

第4章 电源与激光输出 20

4.1 激光工作电压与输出能量 20

4.2 调Q前后激光脉冲宽度与功率 21

4.2.1 激光脉冲 21

4.2.2 调Q前后激光脉宽 21

4.3 工作电压与调Q延时 23

4.4 本章小结 23

第5章 总结与展望 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 固体激光器泵浦电源

激光这个词在20世纪首次为人们所知，激光是世界上人类所创造的又一伟大创举。1916年由爱因斯坦提出的受激辐射概念为后来激光的发明奠定了其理论基础。1958年由美国科学家肖洛和汤斯发现将氖灯的光照射到一种稀土晶体上，晶体分子会发射出一束聚集的，鲜艳的光，于是他们提出了激光的原理-物质在受到与其固有震荡频率相同的能量激发时，就会产生一种汇聚的强光即激光。到了1970年，美国梅曼用一个高强闪光灯管来激发红宝石产生激光，创造了世界上第一台激光器^[1]。

梅曼所创造的第一台激光器是利用光照射红宝石来产生激光，这是产用光激励的方式来产生激光，激光激励方式除了用脉冲光来激励外，还有用气体放电方式的电激励，热激励，化学激励等许多不同的激励方式。

Nd-YAG激光器中文意思是掺钕钇铝石榴石激光器，是一种最普遍和常用的固体激光器Nd-YAG激光器使用光激励的方式，脉冲Nd-YAG激光器是以氙灯作为脉冲光源发射脉冲光，激励一词有时也被称为泵浦，因为要得到激光输出，就需要不断不断泵浦让工作物质上的粒子数反转。只有不断的给氙灯两端放电才能提供不断地脉冲光，因此激光器电源的重要性不言而喻。激光器电源为激光器的泵浦提供能量，控制激光输出能量和脉宽，对整个激光器起着非常重要的作用。

1.2 研究背景及目的与意义

从一开始人们对镭射一词感到好奇到如今人们对激光已不陌生，激光已经慢慢进入到人们的生活各方面，激光的诞生对于人类社会的发展起着重要的作用，极大地方便了人们的生活。固体激光器是最早出现的激光器，发展非常迅速。固体激光器一般以脉冲方式工作，可以得到极大的峰值功率。例如红宝石脉冲激光器的峰值功率可达到104w量级，调Q钕玻璃激光器峰值功率可达108-109w量级。与气体激光器相比，同样的输出功率，固体激光器的体积要小得多，结构较为紧凑，机械强度也较大，在各个行业都有广泛应用，因此对于激光的研究是十分必要的。

由于激光的能量密度极大，故而其在材料加工方面有十分巨大的优势，在对各种材料的切割，打孔，焊接的方面都十分方便迅速。能量密度的高度集中让加工位置周围区域不会受到损害，对材料的成品质量大大提高。同时激光在医疗方面也有显著效果，高能量密度的激光可以轻而易举的对人体的细微部分进行手术，不仅方便，病人的疼痛感也大大降低，例如汗管瘤作为皮肤内小汗腺中一种良性导管肿瘤，用高能量密度的激光照射病变位置会让其破裂形成碎片，然后这些碎片会被人体的炎症反应产生的吞噬细胞所吞噬^[2]。