МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА НАКАЧКИ И ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ЛИНЕЕК ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ

Изобретение относится к твердотельным лазерам с диодной накачкой, а именно - к системам накачки линеек лазерных диодов, и может быть использовано для исследования процессов генерации излучения в твердотельных лазерах с накачкой линейками импульсных лазерных диодов и создания новых конструкций таких твердотельных лазеров.
Известные системы накачки линеек лазерных диодов [1] содержат стабилизированный источник тока накачки линейки лазерных диодов, совмещенный с источником тока для питания термоэлектрических регуляторов. Они являются, как правило, моноблочными и обеспечивают работу конкретной конструкции лазера. Управление параметрами работы линеек лазерных диодов и контроль этих параметров в реальном масштабе времени отсутствует.
Известен [2] источник питания PULSAR-200-2 лазера с диодной накачкой, содержащий блок питания линеек лазерных диодов и блок контроля и управления термоэлектрическими охладителями на элементах Пельтье, который с помощью встроенного контроллера через канал связи RS-
232 подключается к управляющему компьютеру. Эта одноканальная система обеспечивает формирование импульсов тока накачки групп линеек лазерных диодов, соединенных последовательно или параллельно. Блок контроля и управления термоэлектрическими охладителями на элементах Пельтье обеспечивает термостабилизацию групп линеек лазерных диодов, снабженных термодатчиками. Вследствие того, что параметры импульсов тока накачки и рабочая температура каждой линейки не могут быть установлены индивидуально, удельный коэффициент усиления активного элемента твердотельного лазера оказывается меньшим, чем потенциально достижимый при использовании линеек лазерных диодов, обладающими идентичными характеристиками. Использование нескольких источников питания PULSAR-200-2 для индивидуального обеспечения рабочих параметров линеек лазерных диодов ограничено конечным числом каналов связи RS-232 в управляющем компьютере и сложностью синхронизации работы этих источников. Кроме того, помехоустойчивость примененного в прототипе канала связи RS-232 ограничена и при одновременной работе нескольких источников возможны случайные изменения режимов их работы.
Целью изобретения является обеспечение независимого и устойчивого к электромагнитным помехам управления режимами работы каждой линейки лазерных диодов твердотельного лазера с диодной накачкой и синхронизации импульсов излучения линеек.
Поставленная цель достигается тем, что известный источник питания твердотельного лазера с диодной накачкой, состоящий из управляемого
источника питания с каналом термостабилизации нескольких линеек лазерных диодов, подключенный к управляющему компьютеру, выполнен в виде многоканальной системы накачки и термостабилизации линеек лазерных диодов твердотельного лазера с диодной накачкой, содержащий управляемые источники индивидуального питания и термостабилизации каждой линейки лазерных диодов, информационно-силовую сеть, например сеть CAN, контроллеры этой сети, контроллер связи и управления внешними устройствами и источник постоянного напряжения, причем каждый управляемый источник индивидуального питания и термостабилизации линейки лазерных диодов через соответствующий контроллер связан с локальной информационно-силовой сетью, соединенной через контроллер связи с управляющим компьютером и с источником постоянного напряжения.
На фиг.1 изображена схема подключения источника питания PULSAR-200-2 к твердотельному лазеру с диодной накачкой: 1 - управляющий компьютер; 2 - источник питания лазера с диодной накачкой PULSAR-200-2; 3 - модуль диодной накачки твердотельного лазера; 4 - канал связи RS-232; 5 - линейки лазерных диодов; 6 - термоэлектрические охладители групп линеек лазерных диодов на элементах Пельтье с термодатчиками.
На фиг.2 изображена схема подключения многоканальной системы накачки и термостабилизации линеек лазерных диодов твердотельного лазера с диодной накачкой: 1 - управляющий компьютер; 2 - многоканальная система накачки и термостабилизации линеек лазерных диодов
твердотельного лазера с диодной накачкой; 3 - модуль диодной накачки твердотельного лазера; 4 - контроллер связи и управления внешними устройствами; 5 - локальная информационно-силовая сеть, например, сеть CAN; 6 - источник постоянного напряжения; 7 - управляемый источник индивидуального питания и термостабилизации линейки лазерных диодов; 8 - контроллер управляемого источника индивидуального питания и термостабилизации линейки лазерных диодов; 9 - линейки лазерных диодов; 10 - термоэлектрические охладители на элементах Пельтье с термодатчиками.
Управляющий компьютер 1 через контроллер связи и управления внешними устройствами 4 обеспечивает централизованное управление режимами работы и оперативный контроль состояния каждой линейки лазерных диодов, а также управление работой внешних устройств (например, электрооптического затвора). Посредством управляющего компьютера устанавливаются рабочие параметры каждой линейки лазерных диодов: амплитуда и длительность импульсов тока накачки; параметры формы этих импульсов и период их следования; рабочая температура каждой линейки лазерных диодов, а также моменты времени формирования контроллером связи и управления внешними устройствами 4 импульсов запуска этих устройств.
Индивидуальная установка и автоматическое поддержание рабочих параметров линеек лазерных диодов обеспечивают, в конечном итоге, увеличение коэффициента полезного действия твердотельного лазера с
диодной накачкой при использовании линеек лазерных диодов, характеристики которых, как правило, различны.
В реальном времени на экране управляющего компьютера отображаются текущие значения и графики изменения температуры каждой линейки лазерных диодов, а также параметры импульсов тока накачки.
Наилучшим образом требованиям помехоустойчивого управления источниками индивидуального питания и термостабилизации линейки лазерных диодов 7 удовлетворяет локальная информационно-силовая сеть 5, например, сеть CAN [3]; в которой совмещены помехоустойчивый канал обмена данными между узлами сети и линия электропитания устройств, входящих в состав этих узлов.
Источники индивидуального питания и термостабилизации линеек лазерных диодов 7 через контроллеры 8 известной схемотехнической реализации соединены с информационно-силовой сетью 5. Электропитание всех источников индивидуального питания и термостабилизации линеек лазерных диодов 7 осуществляет источник постоянного напряжения 6, подключенный к линии электропитания локальной информационно-силовой сети 5. Управление режимами работы источников 7 осуществляется через канал обмена данными локальной информационно-силовой сети 5, к которой через контроллер связи и управления внешними устройствами 4 подключен управляющий компьютер 1.
В состав каждого источника индивидуального питания и термостабилизации линейки лазерных диодов 7 входит узел
термостабилизации, автономно управляющий величиной и направлением тока, протекающего через термоэлектрические охладители на элементах Пельтье 10 так, что регистрируемая термодатчиком величина температуры линейки лазерных диодов соответствует величине рабочей температуры, устанавливаемой управляющим компьютером для этой линейки лазерных диодов.
Авторами изготовлена и выпускается многоканальная система накачки и термостатирования линеек лазерных диодов MCPS-120 (Приложение 3), в которой реализовано предложенное техническое решение. Эта система накачки обеспечивает независимые контроль и управление параметрами до 32 линеек лазерных диодов в реальном масштабе времени.
Источники информации
1. Продукция фирмы 000 «СПЕЛЛ»: http:/www.laserart.ru (Приложение 1).
2. Продукция фирмы 000 «МУЛТИТЕХ». - http://www.laser-design.com (Приложение 2).
3. R.B.GmbH. CAN Specification 2.0. Robert Bosch GmbH, 1991. - 72 с.