基于DSP的高功率TEACO2激光器控制系统的高精度数据采集

针对基于DSP的高功率TEA CO2激光器控制系统直接利用DSP F2812内置A/D转换器（ADC）进行模拟量采样时存在转换误差较大,且模拟量易受电磁干扰等问题,从硬件和软件两个角度提出了校正DSP2812内置ADC的方法。硬件上采用硬件模拟滤波和隔离等手段对输入的模拟量进行处理;软件校正则通过将两路给定的参考电压值送入DSPF2812内置A/D转换器的两个转换通道,计算出ADC的偏置误差和增益误差,以此误差对其它通道A/D转换器进行校正。最后,实验分析了参考电压和A/D采样时钟频率对A/D转换精度的影响。结果表明,提出的方法能有效地提高A/D转换器的精度,A/D转换误差达到±3 LSB,特别是在对腔压值精度要求很高的0～12 000 Pa区段,A/D转换精度达±1 LSB,可以保证TEA CO2激光器的可靠运行。     

基于光纤光栅的高功率光纤激光器

分析了光纤光栅的选频原理以及光纤光栅基高功率光纤激光器的阈值特性和输出特性.采用紫外写入的光纤光栅做谐振腔,研制了全光纤结构的高功率光纤激光器,泵浦阈值为186 mW, 最大输出功率1.78 W,斜率效率59%,实验结果与理论分析基本吻合.     

基于DSP嵌入式数据采集与处理系统设计与实现

为了解决数据采集速度慢以及任务量大等问题,提出了一种基于DSP技术的嵌入式数据采集与处理系统方案;方案充分利用了DSP技术的运算能力强优点,从而实现了系统的快速运算以及有效控制;文章主要以系统的硬件设计和软件设计来对系统进行详细设计;在系统硬件设计部分,根据系统的需求以及DSP芯片的选型原则,系统选用了TI公司的32位定点DSP芯片—TMS320F2812,参数按照标准设置,并确定系统的总体设计方法,完成了控制 AD芯片的采集模块设计;在系统软件设计部分,主要是对外扩芯片的控制,其中包括了控制 AD采集时序以及DSP读写数据程序等。     

紫外预电离TEA CO2激光器放电特性的实验研究

横向激励大气压（transversely excited atmospheric,TEA）CO2激光器的放电稳定性是决定该类型激光器应用效果的关键因素。通过对采用电感充放电电路的紫外预电离激光器的实验研究,得到了激光器放电动态过程的规律,并发现残余振荡是主放电后发生弧光放电的主要原因。实验中采用不同配比的气体,并对电感充放电电路与改进后的硅堆充放电电路进行了比较。实验结果表明：增加充电电感值可以降低主放电结束后储能电容上的残余电压;而采用硅堆放电电路在主放电后仅有相对幅值很低的稳定残压,两种方案都大幅度抑制了弧光放电的形成,有效地提高了激光单脉冲能量。     

DSP(数字信号处理)在高频信号检测中的应用开发

利用约瑟夫森效应获取电磁信号的频谱信息是超导电子学的重要应用之一.为了解决高频信号频谱检测系统数据采集慢、体积庞大的问题,开发了基于DSP芯片的数据采集及处理系统.研究了系统硬件的搭建和相关程序的开发.用其检测98 GHz高频信号,并与HP34401数字万用表采集的结果进行了比较.使得系统更加小型化、集成化、硬件结构简单.     

基于Sagnac环形镜的高功率多波长线偏振掺镱光纤激光器

设计了基于Sagnac环形镜的哑铃型结构全光纤掺镱激光器,使用976 nm多模激光二极管泵浦,通过调节偏振控制器获得了稳定的多波长线偏振激光输出。泵浦功率为20.4 W时,最高输出功率达到5.13 W,功率波动不大于0.02 W,激光器输出多波长激光线偏振度约为14.19 dB,多波长输出功率平坦度优于3 dB。     

基于Sagnac环形镜的高功率多波长线偏振掺镱光纤激光器

设计了基于Sagnac环形镜的哑铃型结构全光纤掺镱激光器,使用976 nm多模激光二极管泵浦,通过调节偏振控制器获得了稳定的多波长线偏振激光输出。泵浦功率为20.4 W时,最高输出功率达到5.13 W,功率波动不大于0.02 W,激光器输出多波长激光线偏振度约为14.19 dB,多波长输出功率平坦度优于3 dB。     

用复合监控法镀制的TEA CO2激光器增透膜

比较了光学薄膜淀积过程中的晶振监控和光学监控各自的优缺点,提出了一种有效利用这两种监控方法各自优点的复合监控方法,利用该复合监控方法采用离子辅助镀工艺镀制的TEA CO2激光器增透膜,其透射率高于99.5%,且具有良好的稳定性和重复性.     

基于光纤激光器泵浦的高功率准连续Ho∶YLF激光器

2μm激光器作为中波红外固体激光器的泵浦源方案之一,由于可以获得较高的中波红外激光输出,因此逐渐得到重视。设计了一种基于1 940nm光纤激光器泵浦的高平均功率准连续Ho∶YLF激光器,并对其进行了实验研究,表明在Ho离子掺杂浓度0.5%、晶体长度35mm、晶体控温20℃时,采用双棒串接、平凹腔L型结构获得了36 W的准连续2.067μm激光输出,其最高光光转换效率为51.4%,重复频率20kHz,脉冲宽度121ns,谱线宽度小于3nm。实验结果验证了采用1 940nm光纤激光器泵浦作为泵浦Ho∶YLF获得高功率准连续2μm激光的可行性。     

高功率半导体激光器结温与1/f噪声的关系研究

高功率半导体激光器的结温上升, 不仅影响它的输出功率、斜坡效率、阈值电流和寿命, 而且还会产生光谱展宽和波长偏移. 因此, 热管理成为抽运激光器研发中的一个主要问题. 本文首先建立了噪声功率谱与结温变化的物理模型, 根据压缩感知理论, 将测量得到含有高斯白噪声和1/f噪声的混叠复合噪声信号稀疏化后, 进行基追踪算法去噪, 通过改变算法的迭代次数及测量矩阵大小, 获得1/f噪声电压功率谱与结温变化关系曲线, 避免了直接测量结温的复杂性.通过数值估计结果, 可以较好地指导高功率半导体激光器的热管理工作. 关键词： f噪声')" href="#">1/f噪声 结温度 热阻 高功率半导体激光器     

在AgGaSe2晶体中TEA CO2激光的倍频产生

用炉温下降法生长出尺寸为φ２０×６０ｍｍ的ＡｇＧａＳｅ２单晶体。在１２ｍｍ长，切角为５５°的ＡｇＧａＳｅ２中，获得了ＴＥＡＣＯ２激光的倍频输出，其功率转换效率为１．１２％。泵浦阈值和破坏阈值分别为３ＭＷ／ｃｍ２和１１ＭＷ／ｃｍ２。还讨论了泵浦束的发散角对二次谐波转换效率的影响。     

大功率TEA CO2激光器的脉冲激励电源

为了进行大功率TEA CO2 激光器的研究工作,选用大功率旋转火花开关作为功率开关器件,制作了一种由高压谐振充电电路、高抗干扰的开关触发器、大功率旋转火花开关以及倒空式L-C反转电路等组成的脉冲激励电源。在大功率TEA CO2 激光器的实际工作中进行了测试和评估。实际结果表明,我们研制的脉冲激励电源可以满足大功率TEA CO2 激光器的特殊工作要求。其重复工作频率可以在100Hz～400Hz之间任意设定,输出工作电压可达40kV～50kV,电源平均功率大于220kW,电源峰值功率高达1000MW。     

可调谐TEA CO2超辐射激光器分离硼同位素研究

提出了采用可调谐TEA CO2超辐射激光器对硼同位素分离的研究方法。反应室长20cm,内直径5cm,室内BCl3／O2混合物经聚焦单频超辐射激光脉冲照射350次,生成物（B2O3）中加B的富集系数达1.24,选择系数（关于^10B）达1.29,证实了超辐射CO2激光具有选择性激发分离同位素和多光子离解分子的能力。     

大功率TEA CO2激光系统的电磁兼容设计

大功率TEA CO2激光系统工作时产生的强电磁干扰主要来源于激光主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁脉冲干扰对激光系统内部及相关外部设备的电子系统具有很大的干扰和破坏作用。对大功率TEA CO2激光系统的电磁干扰进行了分析计算,在此基础上对大功率TEA CO2激光系统进行了EMC设计。硬件设计手段分别采用了对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽、系统合理布局与布线、滤波隔离,软件采用了数据冗余纠错、冗余化操作和数据鉴别等抑噪和纠错技术,有效地抑制了干扰电磁波在系统内外的传播,解决了大功率TEA CO2激光系统EMC问题。结果表明,对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽,系统合理布局与布线、滤波隔离等措施,是抑制电磁干扰,保证激光控制子系统硬件不受损坏的主要手段。软件抗干扰,是硬件抑制电磁干扰措施的补充和延伸,能使激光系统具有很高的可靠性。     

高功率脉冲TEA CO2激光除漆的研究

选用高功率脉冲TEA CO2激光器,对不同颜色不同种类的油漆进行了清洗实验,运用数码照片分析程序计算出清洁率,找出了完全清洗阈值和损伤阈值.实验结果较为清晰地给出了激光输出能量和重复频率对清洗效果的影响.对红色醇酸漆来说,完全清洗阈值为10.37J/cm2,而损伤阈值为11.43 J/cm2;红色金属喷漆的完全清洗阈值为9.66 J/cm2,其损伤阈值达10.37 J/cm2;黄色金属喷漆的完全清洗阈值为10.71 J/cm2,损伤阈值则为11.07 J/cm2.输出能量和重复频率未达指定参数时,激光清洗清洁率则低于100%.     

气压对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

保持CO2激光的单脉冲能量为61.4~64.6 J，采用高精度冲击摆系统进行了不同气压下吸气模式激光推进冲量耦合系数的实验测试，分析了对应的高度特性。结果表明:气压为2.8×104～1×105 Pa，即距离地面0～10 km时，冲量耦合系数大约3.5×10-4 N·s·J-1，上下波动幅度低于5%；气压低于2.8×104 Pa，即高度大于10 km时，冲量耦合系数呈二次曲线显著下降；当气压降至1×103 Pa，即距离地面约31 km高度时，耦合系数仅为9.7×10-5 N·s·J-1。     

TEA CO2激光器非对称电极系统的电场分布

 设计了一种非对称电极,这种非对称电极的阳极是Chang电极或Ernst电极,阴极是由直线和圆弧构成的简单电极。通过比较和分析非对称电极和对称电极的特点发现,非对称电极系统中简单电极的边缘电场起伏最大。采用有限元方法计算了非对称电极系统中的简单电极取不同的直线长度和弧线半径时,非对称电极系统的电场分布,给出了选择非对称电极系统中的简单电极参数的依据。结果表明：这种非对称电极系统结合了解析电极和简单电极的优点,通过选择非对称电极系统的简单电极参数,它可以在TEA CO₂激光器中产生边缘电场起伏小于0.06,且满足电极表面均匀场面积宽度要求的电场。     

基于PCIe高速总线的飞秒激光测距信号采集系统设计

设计并实现了一种基于PCIe高速总线接口的飞秒激光测距回波信号采集系统。该系统以FPGA为控制核心,集成了数据高速采集、数据高速存储和PCIe高速DMA传输控制。设计了PCIe接口传输驱动和上位机程序。通过系统测试,验证了该系统性能稳定、功能完备。将飞秒激光测距中的多种设备集成在一块FPGA板卡中,提升了系统的集成化。     

XPS investigation on Upilex-S polyimide ablated by pulse TEA CO2 laser

Laser ablation of Upilex-S polyimide films 80 μm thick was performed in air using a pulse TEA CO₂ laser with wavelength 9.3 μm. A halo surrounding the hole was observed, which is covered with sub-micro particles. Pieces of ablation products protrude from the ablated surface, leading to considerable roughness of the ablated area. Chemical and structural changes of Upilex-S polyimide film surface irradiated by the pulse TEA CO₂ laser in air were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Relative C content in the ablated area was found to be higher, whilst both O and N contents were lower than in the untreated area. This means that TEA CO₂ laser ablation released both the O and N atoms. Also, the peak areas corresponding with carbonyl group (C=O) in the imide system were reduced much more and a new component at 287.0 eV assigned to the amide structure (N---C=O) was detected after laser ablation. These suggest that the pyrolysis of the Upilex-S polyimide was the decomposition of the imide ring between the nitrogen/aromatic carbon atom and carbonyl carbon atom. In addition, another new component arising from >C=O groups was also detected for higher fluence (7.83 J/cm²), and its peak areas is very small. This result indicates that the slight oxidation may take place with higher fluence during laser ablation in air. Based on above-mentioned experimental results, a possible thermally-induced decomposition path of Upilex-S polyimide ablated by TEA CO₂ laser is presented.