高功率固体Nd：YAG激光电源系统结构的研究

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1、高功率固体Nd:YAG激光电源系统结构的研究秦军・朱妖虹张胜良《激光硏究院）可控硅模块>摘要阐述了高功率固体NJ*YAG激光电源系统结构•提岀采用现代高精度大容艮的半导体可控硅整茨模块建立新型激光电源系统结构，井对新系统结构的关谗部分的功能逬行「论述.通过新旧系统结构相关莎数的测试，证明新的激光电源系统结构体积小、巫址轻、光电转换效率高、激光输岀税定性能好等优良待点，关键词Nd：YAG高功率高赁更大容龟*y1引官医用Xd:YAG激光器可以治疗浅表食道癌⑴•该激光配合腹腔镜能够进行胆襄切除匚•同时还可以用于血管吻合术及神经吻合术等医学领域⑺叫随着小功率医用

2、固体Nd»YAG激光应用技术的推广｛100W量级以下〉，高功率固体Nd:YAG徼光器已经受到国际国内科技工作者的普遍关注。近十年来■激光应用技术在工业生产、国防、军事、航空门、航海各领域中得到广泛的应用•…些发达国家目前在生物医学领域里的研究应用已经取得了举世瞩目的成就曲。论文［7］详细论述了医用固体Nd:YAG激光器电源系统结构的设计•论文［8,9］对该激光器的控制无需人工干预全自动将光能转换成热能•并予以恒定显示进行了定址的分析与评价。文献［7-1门所研究与论述的固体Nd:YAG激光器均为1U0W蜀级。论文［12］论述了高功率固体Nd*YAG激光器电

3、源系统的设计与实现•但该系统结构所采用的是半导体二极管及可控硅分立元件。日后•我们将对高功率<400W址级）固体Nd：YAO激光器的电源系统结构采用高精度大容屋可控硅模块的控制方案进行详细论述。2高功率固体Nd:YAG激光器电源系统结构的研究60年代•我国激光技术还处在科学研究的前沿阶段•激比领域相关的科技理论与国际■水平还有一定距离。当时研究设计的各类激光电源系统结构•均受殊多条件的制约•因而•固体Nd:Y八G激光器也只能进行100W蚩级以下的研究》7•年代后期.随着激光领域科技理论水平的迅猛提岛•激光应用技术也渗透到了各个领域里的各个学科•激光技术的

4、广泛应用•促使滥光器件向禹功率方向发展'我国也开治对髙功率固体NdtYAG淞光器进行研究与设计•但依然受到相关元器件的限制，到了X0年代•我们已经解决了髙功率固体Nd=YA（；激光器的许多技术碓题•完成了固体Nd:YAG澈光器输出40CW量能的科研课题.粪'乍.工程师“当时研制的基本思想是在确保激光系统安全可靠稳定运行的前提以激光器输岀40UW塑级为核心■所以在建立滋光电源系统结构时尽可能择用较高保险系数的器件•基于国产器件的历史现状，只有传统的电器元件可供选择，至使最初研制的高功率固体Nd:YAG激光誥电源系统结构体积庞大而笨亟，其激光器电源系统结构见

5、图］o图1凍激光器电源系统结构从图1可以看出•激光器电源系统结构控制环节多•因此•光电转换效率只有2.6%,系统输出400W激光魅能时•注人的耗散电功率至少需要15KW左右，容就为15KW的三相凋压器及隔离变压器其体积及重锻都十分可观。为.满足激光电源系统的要求，硅堆的电压等级及容扯也需相应提高•它的外型尺寸制造得十分厚实。注入及控制激光器电能调制结构复杂•操作费力<圉1是一典型的开环控制系统•因此，该激光器输出的激光功率值将随外施网络电压的波动而变化，徼光器输出激光的稳定性能较差〉一台品质优良的激光系统，除相关精密的光学器件外，其重要指标是注入系统的电

6、功率必须稳定•安全可靠，光电转换效率高•激光器输出激光功率稳定度高、误差值小，鉴于图1中的缺陷及论文〔12］中的不足•很有必要对高功率固体Nd*YAG激光器电源系统结构这一关键技术提出来进行研究。随着科学技术的进步•目前，我国半导体器件不仅向高精度大容量方向发展•而且已经集成模块化。高精度大容量半导体可控硅模块的体积小、重量轻、抗干扰能力强•控制调压方式简便，这就赋于高功率固体Nd:YAG激光器电源驱动系统进一步的研究与设计前景:。在现代激光科技理论指导下•我们经过方案论证•采用新一代高精度大容量的半导体可控硅模块作整流器件，重新建立新的高功率固体Nd:

7、YAG激光器电源系统结构•选择最佳控制方案，并将反馈网络引入控制系统中■这样•新建立的高功率400W量级的固体'激光器电源系统结构就更加完善•其系统结构如图2。三相交廉源一iT控制系统卜T可控硅镇块一高功事固体Nd

8、髙精度恒流源调制•所以■注人激光器系统中的电功率檢定、安全•电压调节范国宽。反馈