ЛАЗЕРНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к технике исследования материалов с помощью оптических средств - лазерных установок и может быть применено для испытания полупроводниковых приборов (ППП) и интегральных схем (ИС) на стойкость к объемным ионизационным эффектам путем воздействия на них равномерно распределенного импульсного лазерного ионизирующего излучения с регулируемой интенсивностью.
Известна лазерная установка для резки плоских заготовок (RU, патент № 2032514, В 23 К 26/06). Эта установка содержит два лазера, станину, стол, манипулятор и оптическую систему, которая состоит из фокусирующей линзы, расположенной над столом с оптической осью ортогональной плоскости стола, и трех плоских непрозрачных зеркал, одно из которых расположено над фокусирующей линзой под углом 45° к оптической оси, заслонки лазерного луча и механизма расщирения сечение луча.
Также известна лазерная установка, принятая за гфототип изобретения (Лазеры в технологии, М. Энергия, 1975, с. 106). Эта установка содержит лазерный излучатель и светоделитель, который установлен под углом 45° к оптической оси лазерного излучателя, а также юстировочный осветитель.
Аналог и прототип не обеспечивают возможность регулируемого воздействия на испытываемые изделия импульсным лазерным излучением с однородным распределением интенсивности излучения (диффузным) по поверхности изделия.
Техническим результатом изобретения является увеличение достоверности результатов испытаний ИПП и ИС на стойкость к объемным ионизапионным эффектам за счет регулирования интенсивности однородного импульсного лазерного излучения по поверхности испытьтаемого изделия, так как в реальных условиях именно такое излучение воздействует на изделие.
ЛАЗЕРНАЯ УСТАНОВКА
МНК G 01N 21/39, В 23 К 26/06
Этот результат достигается за счет того, что лазерная установка содержит: лазерный излучатель, ослабитель лазерного излучения, светоделитель, гомогенизатор и юстировочный осветитель. Ослабитель установлен на выходе лазерного излучателя и соосно ему. Светоделитель установлен на выходе ослабителя иод углом 45° к онтической оси лазерного излучателя. Гомогенизатор вьшолнен матовым и установлен за светоделителем по направлению расггространения отраженного от светоделителя лазфного излучения. Юстировочный осветитель установлен с другой стороны светоделителя, которая не освещена лазерным излучением, под углом 90° к оптической оси лазерного излучателя и так, что его оптическая ось совпадает с осью лазерного излученпня отраженного от светоделителя.
Отличительными признаками изобретения являются: ослабитель лазерного излучения и гомогенизатор, кроме того гомогенизатор вьшолнен матовым, нричем ослабитель установлен на выходе лазерного излучателя и соосно ему, светоделитель установлен на выходе ослабителя, гомогенизатор установлен за светоделителем по направлению распространения отраженного от светоделителя лазерного излучения.
Конструкпия лазерной установки и ее работа поясняются чертежами.
На фиг. 1 представлена схеме пространственного расположения устройств лазерной установки в плоскости ортогональных осей лазерного луча.
На фиг. 2 представлена структурная схема источника питания лазерной установки.
На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схеме источника питания лазерной установки.
На фигурах введены обозначения:
1- лазерный излучатель (ЛИ);
2- источник питания (ИП) лазерной установки;
3- ослабитель лазерного излучения (ОЛИ);
4- гомогенизатор;
5- юстировочный осветитель (ЮО);
6- светоделитель (СД);
7- вход сигнала внешнего запуска;
8- выход сигнала синхронизации;
9- блок питания (БП) лазерного излучателя;
10- блок управления (БУ) лазерным излучателем;
11- блок управления затвором (БУЗ) лазерного излучателя;
12- блок заряда накопительного конденсатора (БЗН);
13- блок по джига лампы накачки лазерного излучателя (БПЛ). Лазерный излз атель 1 может быть вьшолнен, например, типа ИЗ-30. В его
состав входят: отражатель, лампа накачки, например, типа ИНП2- 3/45А, активный элемент, например, из алюмината иттрия AIi:Nd, электрооптический затвор (ЭОЗ), например, типа МНЛ-01 на основе ниобата лития, поляризатор, два зеркала.
Источник 2 питания (ИП) лазерной установки может быть вьшолнен в соответствии со структурной и принципиальной электрическими схемами фиг. 2 и 3. Он содержит: блок 9 питания лазерного излучателя (БП), блок 10 управления (БУ), блок 12 заряда наконителя (БЗН), блок 13 поджига ламны накачки лазерного излучателя (БПЛ), блок 11 управления затвором (БУЗ) и органы управления, кроме того он имеет выход 8 сигнала синхронизации и вход 7 сигнала внешнего запуска.
Блок 9 питания лазерного излучателя (БПЛ) имеет три выхода, которые соединены со входами питания БУ 10, БЗН 12 и БПЛ 13. Блок 10 управления (БУ) имеет вход питания и три выхода: синхронизации 8, управления БУЗ 11 и БПЛ 13. Блок 11 управления затвором (БУЗ) имеет один вход и два выхода зтиравления ЛИ 1. Блок 12 заряда накопителя (БЗН) имеет один вход и один выход. Блок 13 поджига лампы накачки (БПЛ) имеет три входа и один выход. Один вход блока 13 соединен с одним выходом БУ 10, второй - с выходом БЗН 12 и третий - с одним выходом БП 9.
Источник 2 питания (ИП) лазерной установки вырабатьшает статическое занирающее напряжение 1,4 кВ, импульсное напряжение 2,8 кВ для управления электрическим затвором лазерного излучателя, осуществляет поджиг лампы накачки в излучателе при запуске лазера.
Блок 9 питания (БП) осуществляет заряд накопительного конденсатора (С6) емкостью 20 мкФ до напряжения 900 В, вырабатьшает постоянное напряжение 12В для питания блоков, входящих в состав источника 2 питания, и постоянное напряжение 450 В для питания блока поджига лампы накачки.
Блок 10 управления (БУ) собран на ИС D1 и формирует управляющий импульс для поджига лампы накачки и запуска блока 11 управления затвором. БУ позволяет произвести запуск от кнопок на передц&й панели тфибора и на выносном пульте, а также от внешнего генератора (фиг. 3).
Для обеспечения задержки между запусками, необходимой для охлаждения излучателя 1. БУ формирует сигнал запрета запуска длительностью 4 с после включения нитания и после каждого разрядного импульса. Транзисторы VT1.2 и VT1.4 служат для усиления управляющего сигнала (фиг. 3).
Блок 11 управления затвором (БУЗ) обеспечивает:
-напряжение запирания ЭОЗ в диапазоне 1, 2 ... 1,8 к В;
-формирование импульсного управляющего напряжения (ИУН) в диапазоне 2,4 ... 3,6 кБ;
-формирование необходимой длительности фронта импульсного управляющего напряжения (ИУН) в диапазоне 30 ...40 не.;
-задержку срабатьюания цепи включения ИУН в диапазоне 50 ... 150 мкс. Напряжение запирания ЭОЗ получается удвоением напряжения 900 В, поступающего с БП.
Формирование импульсного управляющего напряжения (ИУН) происходит следующим образом. Вьщрямленное диодом VD15 напряжеьше с делителя напряжения R29, R30, R31 амплитудой 450 В заряжает конденсатор С15, который вместе с трансформатором Т4 включен в разрядную цепь тиристора VD14 (фиг. 3).
Управляющие тиристором VD14 импульсы поступают задержанными относительно импульса разряда НК на 50 ... 150 мкс. В момент разряда конденсатора С15 на вторичной обмотке трансформатора Т4 появляется высоковольтный отрицательный импульс. Фронт которого обостряется цепью на элементах С18, С19, С20, L1 и L2 (фиг. 3).
Блок 12 заряда наконителя (БЗН) включает в себя цепь заряда, состоящую из оптотиристора VD2. диода VD4, накопительного конденсатора С6 и резисторов R6, R7 и узел стабилизации напряжения накопителя (фиг. 3).
Блок 12 (БЗН) работает следующим образом. Вьщрямленное напряжение с диодного моста VD1 частотой 100 Гц поступает на транзистор VT2. Управляющее
напряжение снимается с накопительного конденсатора (НК) через делители R19, R20 и R21. По достижению на НК заданного напряжения срабатьшает узел стабилшапии на транзисторах VT1.1, VT2.3, R10, R11, УВ8и VD9. Нащ)яжение на НК устанавливается резистором R11.
Блок 13 ноджига лампы накачки (БПЛ) собран на элементах VD6, VD13, Т2 и С21. Диоды VD10, VD11 служат для защиты тиристора. Напряжение, заряжающее НК, одновременно через делитель на резисторах R6, R7 и диод VD6 заряжает конденсатор С21 до напряжения 450 В. По команде с БУ 10 тиристор VD13 разряжает С21 через обмотку трансформатора Т2. При достижении напряжением на вторичной обмотке трансформатора Т 2 значения напряжения пробоя лампы происходит разряд НК (фиг. 3).
Органы управления лазера (фиг. 2) содержат:
-тумблер Вкл. (S2), который включает питание прибора, что индипируется светодиодом на передней панели;
-тумблер Синхр. (S1) в вфхнем положении включает режим синхронизации дня предварительной настройки уровня зануска осциллографа. В этом же положении загорается лампа юстировочного коллиматора осветителя. После заверщения настройки и юстировки исследуемого объекта тумблер переводится в нижнее положение;
-тумблер Мод. (S4) служит для выбора режима работы лазерной установки. В верхнем положении включается режим модуляции добротности, в нижнем положении - режим свободной генерации;
-кнопка Пуск служит для ручного запуска лазера.
Элементы принципиальной электрической схемы (фиг. 3) источника 2 гштания лазерной установки могут быть вьшолнены: VD3, VD5, VD9, VD 18 - диоды КД521А; VD4 - диод КД2999; VD6 - вьщрямительный столб 2Ц106А; VD7 - стабилитрон КС156А; VD8 - стабилитрон КС520; VD10,VD11, VD12, VD16, VD17 диоды 2Д102А; VD13, VD14 - тиристоры КУ221А; VD15, VD21 - выпрямительные столбы 2Ц106Б; VD19, VD20 - выпрямительные столбы 2Ц106Г; VT1 - транзисторная сборка 125НТ1; VT2, VT4, VT5 - транзисторы 2Т117Г; D1 - мшфосхема К561ТМ2; Т1 - трансформатор ТА24-127/220-50; S1, S2, 34 - тумблеры ПТ8; S3 кнопка КМ2-1; XI, Х2 - разъемы СР-50-73ПВ.
Ослабитель 3 лазерного излучения может быть вьшолнен в виде набора оптических нейтральных сменных светофильтров (фиг. 1).
Гомогенизатор 4 выполняет функцию рассеивателя-выравнивателя распределения интенсивности лазерного излучения и может быть вьшолнен в виде отрезка металлической трубы на одном торце которой установлено матовое стекло.
Юстировочный осветитель 5 необходим для наводки лазерного излучения на облучаемый объект и может быть выполнен в виде лампочки накаливания или светодиода (фиг. 1).
Светоделитель 6 отклоняет лазерное излучение под углом 90° к оси ЛИ 1 и может быть вьшолнен в виде стекла с просветляюпщм покрытием.
Лазерная установка (фиг. 1) содержит: лазерный излучатель (ЛИ) 1, источник 2 питания лазфной установки, ослабитель 3 лазерного излучения, светоделитель 6, гомогенизатор 4 и юстировочный осветитель 5,.
Ослабитель 3 установлен на выходе лазерного излучателя 1, соосно его излучению и вьшолнен в виде набора сменных нейтральных светофильтров в количестве 9 штук (фиг. 1). Светоделитель 6 установлен на выходе ослабителя 3 под углом 45° к оптической оси лазерного излучателя 1. Гомогенизатор 4 установлен за светоделителем 6 так, что его оптическая ось совпадает с осью отраженного от светоделителя лазерного излучения. Юстировочный осветитель 5 вьшолнен в виде ламны накаливания и установлен с другой стороны светоделителя 6, которая не освещена лазерным излучением, под углом 90° к оптической оси лазерного излучателя 1 и так, что его оптическая ось совпадает с осью лазерного излучения, отраженного от светоделителя. Ортогональные оси лазерного излучения находятся в вертикальной плоскости.
Лазерная установка работает следующим образом.
Перед подключением установки в сеть 220 В устанавливают все тумблеры на ее передней панели в нижнее положение. За гомогенизатором по ходу распространения лазерного излучения устанавливают испытываемый объект. Включают питание лазера тумблером Вкл. путем перевода его в верхнее положение, после чего включают тумблер Синхр. также в верхнее положение. В этом случае на выходной разъем Синхр. ноступают импульсы синхронизации с частотой 19 Гц для настройки синхронизации внешнего прибора, например, осциллографа без поджига лампы накачки. Также включают коллимированный осветитель 5 для визуального контроля наведения луча лазера на исследуемый объект (ИО). Выключают тумблер Синхр. (фиг. 3).
Порядок работы. Режим модуляции добротности включают с помощью тумблера Мод.. Для обеспечения внепшего запуска лазерного излучателя 1 источник синхросигнала подключают к разъему Внешний запуск (фиг. 3). Для выбора уровня интенсивности ЛИ 1 вводят необходимое количество фильтров ослабителя 3, размещенных в верхней части лазерной установки . Пропускание может быть установлено дискретно 5%, 14%, 28%. Введение 9-ти фильтров дает ослабление 108 раз (20,3 дБ). Запускают лазерную установку с помощью кнопки Пуск или внешнего запускающего сигнала. Через заданное для испытаний время выключают лазерную установку нутем переводом тумблера Вкл. в нижнее положение.