Импульсный блок питания лазерных диодных модулей для накачки твердотельных лазеров

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДНЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ В.В. Тогатов, С.В Гагарский, П.А. Гнатюк, Ю.И. Черевко

Разработан блок питания для импульсной накачки лазерных линеек, работающих в составе твердотельного лазера. Максимальная амплитуда импульса тока накачки 100 А при длительности до 400 мкс и частоте повторения до 5 кГц. Разработана программа «VLC3», которая управляет режимом работы блока питания по COM-порту или USB.

Блок питания предназначен для импульсной накачки одной или двух последовательно включенных лазерных линеек, которые, в свою очередь, осуществляют накачку твердотельного лазера. По сравнению с известными аналогами разработанный блок обладает большей универсальностью, меньшими габаритами и обеспечивает независимость температурного режима лазерных линеек от длительности паузы между импульсами тока, начиная с первого импульса.

Рис. 1. Электрическая плата блока питания

Блок питания (рис. 1) выполнен в виде единой печатной платы, на которой расположены следующие модули.

• Управляемый источник тока лазерных линеек, построенный по схеме модулятора с частичным разрядом накопительной емкости, в котором коммутирующим элементом является линейный источник тока. Этот модуль по заданной программе формирует импульсы тока накачки и дежурного тока.

Два термоэлектрических контроллера, обеспечивающих независимую температурную стабилизацию лазерных линеек с помощью элементов Пельтье. Схема регистрации сигнала с фотодетектора, осуществляющая контроль лазерного излучения.

Управляемый блок питания пилотного лазера, расположенного в диодном модуле. Управляемый высоковольтный источник (до 4 кВ), напряжение с которого подается в схему модулятора, управляющего оптическим затвором твердотельного лазера. Микроконтроллер, управляющий всеми компонентами блока питания. Он выставляет параметры режима накачки и контролирует реальные величины этих параметров. Через микроконтроллер осуществляется связь компонентов блока питания с персональным компьютером.

Рис. 2. Основное окно программы

Кроме того, на плате расположены источники питания двух вентиляторов с контролем их состояния, а также светодиоды, индицирующие состояние блока питания.

Разработана компьютерная программа «VLC3», которая управляет режимом работы блока питания по COM-порту или USB. Основное окно программы «VLC3» пока-

зано на рис. 2. В правой части окна приведены текущие значения параметров, а в левой - вновь устанавливаемые значения. Из параметров накачки устанавливаются величины тока накачки и дежурного тока, а также длительности импульса накачки и паузы между импульсами. Из параметров термоэлектрических контроллеров независимо устанавливаются и регистрируются температуры обоих лазерных линеек, а также регистрируется температура общей горячей стороны элементов Пельтье. Регистрируется ток (или мощность) фотодетектора, включается питание пилотного лазера, устанавливается напряжение высоковольтного источника.

Помимо установки и регистрации параметров, в программе предусмотрено переключение режима работы блока либо от внутреннего генератора, либо от внешних синхроимпульсов. В режиме внешней синхронизации блок может работать без подключения к компьютеру. Реализована программная индикация состояния всех модулей, расположенных на плате, а также предусмотрен контроль внешних логических сигналов. Меню программы позволяет производить расширенную настройку параметров каждого

модуля и определять логические условия допустимой рабочей области.

Питание платы осуществляется от двух источников постоянного тока - 24 В и 5 В. Основные параметры блока питания:

- максимальная амплитуда импульса тока накачки ...................................................... 100 А

- длительность импульса тока накачки ................................................................. 60-400 мкс

- средняя мощность, передаваемая в лазерные линейки ......................................... < 100 Вт

- максимальная частота повторения импульсов накачки ..............................................5 кГц

- нестабильность амплитуды импульса тока ..................................................................< 1 %

- нестабильность средней мощности выходного оптического излучения

в режиме модуляции добротности и удвоения частоты * .....................................< 1,6 %

- максимальное напряжение на лазерных линейках ...................................................... 4,4 В

- максимальный дежурный ток через лазерные линейки ............................................... 10 А

- диапазон установки температуры элементов Пельтье с шагом 0,1 °С ................ 15-30 °С

- максимальное напряжение на элементах Пельтье ........................................................ 24 В

- максимальный ток через каждый элемент Пельтье........................................................ 8 А

- максимальная мощность на каждом элементе Пельтье ............................................ 150 Вт

- напряжение высоковольтного источника........................................................ 1500-4000 В

- максимальная мощность высоковольтного источника ............................................... 12 W

- линейный диапазон измерения фототока .........................................................0,01-40 мкА

- задержка выходного синхроимпульса

относительно окончания тока накачки .............................................................. 0-400 мкс

- габариты платы ............................................................................................ 120*150*40 мм3

Импульсный блок питания разработан при поддержке компании Vitro Laser GmbH (Германия) для питания лазерных диодных модулей серии JOLD-CPXF. В настоящее время блок питания в сочетании с излучателем типа VLC3 используется в составе технологических установок, предназначенных для лазерной гравировки в объеме прозрачных диэлектриков.

* Долговременные измерения нестабильности оптической мощности проводились в течение 16 часов на выходе одномодового №3+:УУ04 лазера с продольной импульсной накачкой лазерным диодным модулем типа ГОЬБ-70-СРХР-1Ь с частотой повторения 2 кГц при энергии выходных импульсов на удвоенной частоте (532 нм) порядка 1 мДж и длительности менее 4 нс.