Практическая Источники электропитания лазерных приборов Сперанский С.К. СГТУ им. Гагарина Ю. А.. Практическая_10 ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ПРИБОРОВ И УСТ. Практическая 10
 Скачать 141.01 Kb.
|
|
Практическая 10 ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВ Осветители с несколькими лампами дают более низкий КПД, чем соответствующие конфигурации с одной лампой. Тем не менее, их нередко применяют в системах высокой мощности (или высокой энергии). В импульсных лазерах используют ксеноновые или криптоновые импульсные лампы при давлениях Хе или Кr от среднего до высокого значений (450— 1500 мм.рт.ст.). Световой импульс в этом случае создается разрядом через лампу электрической энергии, запасенной в батарее конденсаторов заряженной соответствующим источником питания. В электрическом контуре для уменьшения времени нарастания тока часто используется последовательно включенная катушка индуктивности. Разряд может возбуждаться при ионизации газа, заполняющего лампу, путем подачи высоковольтного импульса поджига на вспомогательный электрод вокруг лампы (параллельный поджиг; см. рис.1a). В другом способе предварительная ионизация может быть создана с помощью высоковольтного импульса, приложенного непосредственно к двум основным электродам лампы (последовательный поджиг; см. рис.1b).  Рис. 1. Электрическое возбуждение импульсной лампы с использованием внешней системы поджига (а) и системы с последовательным включением поджига (b) Как только газ в лампе ионизован, происходит интенсивная вспышка света, длительность которой определяется емкостью и индуктивностью контура, а также импедансом лампы (обычно длительность вспышки варьируется от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд). В непрерывных лазерах наиболее часто применяют криптоновые лампы высокого давления (1—8 атм) или вольфрам- йодные лампы. Питание постоянным током осуществляется от источника через подходящее балластное сопротивление Rб (рис. 2).  Рис. 2. Электрическое возбуждение непрерывной лампы В этом случае для создания необходимой начальной степени ионизации к схеме должен быть подведен электрический импульс поджига, как правило, от последовательно включенного поджигающего устройства. Таким образом осуществляется распределение светового потока от ламп-вспышек на рубиновом стержне. Внутренняя поверхность рефлектора покрыта окисью магния, имеющей коэффициент отражения 0,9 — это обеспечивает увеличение кпд излучающей головки. Система питания и управления рубинового лазера приведена на рис. 3.  Рис. 3. Принципиальная схема системы питания лазера Она состоит из высоковольтного выпрямителя, предназначенного для получения от промышленной сети выпрямленного тока напряжением 10 кВ, блока поджига ламп, служащего для получения импульса, высокого напряжения, необходимого для начальной ионизации газа в лампах, блока питающих конденсаторов, измерительной аппаратуры и системы автоблокировки. Прибор работает следующим образом. Включением тумблера SA1, смонтированного на пульте управления, подается напряжение на автотрансформатор. С движка автотрансформатора часть напряжения подается на высоковольтный трансформатор Т1, который может иметь такое соотношение витков первичной и вторичной обмоток, что обеспечивает подачу на выпрямительное устройство напряжения до 3000 В. На выходе выпрямителя подключена батарея конденсаторов С1 (от 3 до 9 шт.). Параллельно конденсаторам подключен киловольтметр, позволяющий контролировать напряжение, До которого заряжаются конденсаторы. Это напряжение через блокировочный контактор SA2 подается на две импульсные лампы. Контактор SA2 управляется от двери шкафа, в котором размещены конденсаторы. При случайном или преднамеренном открывании шкафа конденсаторы через резистор R2 разряжаются на землю. В рабочем состоянии импульсные лампы все время подключены к заряженным конденсаторам. Однако это не приводит к их вспышке, так как требуемое пробивное напряжение значительно выше. Для обеспечения вспышки ламп служит система зажигания. Она работает следующим образом. Напряжение от сети подается на трансформатор Т3, с выходной обмотки которого снимается напряжение до 1000 В. Выпрямленным током заряжается конденсатор С2. После включения кнопки пуска SB1, установленной на пульте управления, конденсатор C2 разряжается через первичную обмотку импульсного трансформатора T2. Во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение, достаточное для получения пробоя воздушного промежутка в импульсной лампе. Это напряжение подается на внешний электрод лампы. Ионизация газа в лампе приводит к резкому снижению сопротивления, и конденсаторы разряжаются через лампу, сопровождая разряд интенсивным свечением. Возникающее излучение и вызывает переход ионов хрома в возбужденное состояние. Поскольку только часть световой энергии ламп используется для этого — не более 90% — то кпд таких генераторов составляет всего 0,5…1,5 %. Следовательно, простейшие подсчеты приводят к тому, что, если рубиновый лазер дает в импульсе 10 кВт, то общая потребляемая им мощность должна быть на два порядка, т. е. в 100 раз, больше. Стремясь повысить КПД лазеров, идут на всяческие технические ухищрения, позволяющие целесообразнее использовать потребляемую энергию. Так, например, используют не цилиндрический рефлектор, а эллипс - цилиндрический, поперечный разрез которого показан на рис. 4.  Рис. 4. Схема цилиндрической головки В таком рефлекторе лампа-вспышка карандашного типа расположена по одной фокальной оси, а по другой оси — рубиновый стержень. В соответствии с законом построения эллипса луч, вышедший из одной оси эллипса и упавший на образующую эллипса, проходит, отразившись от нее, через другую ось. Поэтому весь световой поток от лампы-вспышки должен пройти через рубиновый стержень. Другие излучающие головки имеют четыре-пять эллипсо-цилиндрических отражателей с одним общим фокусом, в котором и располагается рубиновый стержень, а в остальных четырех-пяти находятся лампы-вспышки. В отечественных лазерах в качестве активного вещества используется неодимовое стекло, который может быть параллелепипед с размерами 8 × 5 × 150 мм или цилиндр диаметром 25 и длиной 120 мм. Источником возбуждения служат восемь импульсных ламп. Излучаемая энергия достигает 100 Дж, длительность импульса 1,5 мс, что соответствует мощности примерно104 Вт. Лазеры излучают на волне 1,06 мкм. Квантовые генераторы, работающие в таком режиме, называют лазерами со свободной генерацией. |