一種高重頻雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雙腔準(zhǔn)分子激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制系統(tǒng)和方法，特別適用于高重頻雙腔準(zhǔn)分子激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]采用雙腔結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分子激光器中一個(gè)腔稱之為主振蕩腔(MO腔)，另一個(gè)稱之為放大腔(PA腔)。MO腔產(chǎn)生的種子光需要在時(shí)序上精確地(抖動(dòng)小于±5ns)傳到PA腔，此時(shí)PA腔放電激勵(lì)將來自于MO腔的種子光能量放大。因此這就需要對(duì)兩個(gè)放大腔的放電時(shí)序進(jìn)行精確地控制。對(duì)于雙腔準(zhǔn)分子激光電源來講，對(duì)腔體實(shí)現(xiàn)同步放電，就需要有雙腔準(zhǔn)分子激光器同步控制技術(shù)把雙腔放電抖動(dòng)控制在±5ns之內(nèi)。雙腔準(zhǔn)分子激光器放電抖動(dòng)主要是由(I)雙腔電源起始放電電壓抖動(dòng)、⑵放電腔內(nèi)的隨機(jī)抖動(dòng)、⑶放電時(shí)電源的固有抖動(dòng)和(4)雙腔電源溫度抖動(dòng)和腔內(nèi)氣壓波動(dòng)四部分組成。其中第(4)部分問題的解決依賴于雙腔準(zhǔn)分子同步控制技術(shù)。也就是說，對(duì)于雙腔準(zhǔn)分子激光器的電源來講，需要采用雙腔準(zhǔn)分子激光器同步技術(shù)將雙腔放電抖動(dòng)控制在±5ns之內(nèi)才可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)腔體的同步放電。
[0003]實(shí)現(xiàn)雙腔放電抖動(dòng)小于±5ns的前提是雙腔放電電源本身放電抖動(dòng)要有較高的指標(biāo)，否則只是通過同步控制模塊控制放電時(shí)序不能使電源抖動(dòng)指標(biāo)達(dá)到放電要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明所要解決的是使雙腔準(zhǔn)分子激光器的雙腔放電抖動(dòng)小于±5ns，以滿足準(zhǔn)分子激光器的能量放大要求。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制系統(tǒng)，所述激光器包括MO腔和PA腔，該MO腔和PA腔分別配有第一電源和第二電源，所述系統(tǒng)包括延時(shí)測(cè)量單元、主控單元延時(shí)輸出單元、第一時(shí)序采集單元、第二時(shí)序采集單元和狀態(tài)采集單元，其中，所述第一時(shí)序采集單元和第二時(shí)序采集單元分別用于采集所述MO腔和PA腔的脈沖放電信號(hào)；所述延時(shí)測(cè)量單元根據(jù)所述第一時(shí)序采集單元和第二時(shí)序采集單元采集的脈沖放電信號(hào)獲得所述MO腔和PA腔之間的出光延時(shí)值；所述狀態(tài)采集單元用于采集所述MO腔和PA腔的狀態(tài)信息；所述主控單元用于根據(jù)所述MO腔和PA腔之間的實(shí)際采集的出光延時(shí)值、延時(shí)設(shè)定值和狀態(tài)采集單元采集的所述狀態(tài)信息，執(zhí)行閉環(huán)控制算法，獲得雙腔放電延時(shí)的更新值，并將該值送給所述延時(shí)輸出單元；所述延時(shí)輸出單元用于接受所述主控單元送來的所述雙腔放電延時(shí)的更新值，同時(shí)把來自上位機(jī)的觸發(fā)脈沖分為對(duì)應(yīng)于所述雙腔放電延時(shí)的更新值的兩個(gè)脈沖輸出給所述第一電源和第二電源以觸發(fā)該二電源進(jìn)行放電。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述延時(shí)測(cè)量單元包括阻抗匹配模塊、積分和前置放大模塊、延時(shí)測(cè)量模塊和延時(shí)輸出模塊，所述阻抗匹配模塊接收所述第一時(shí)序采集單元和第二時(shí)序采集單元采集的脈沖放電信號(hào)，用于進(jìn)行阻抗匹配以保證信號(hào)完整性和避免信號(hào)的衰減；所述積分和前置放大模塊用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分和放大，得到兩路標(biāo)準(zhǔn)的脈沖方波信號(hào)，并輸出到所述延時(shí)測(cè)量模塊；延時(shí)測(cè)量模塊用于測(cè)量所述積分和前置放大模塊輸出的兩路脈沖方波信號(hào)的延時(shí)值，然后將該延時(shí)值傳送給所述延時(shí)輸出模塊；所述延時(shí)輸出模塊用于將所述延時(shí)值輸出給所述主控單元2。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述延時(shí)輸出單元包括一個(gè)可編程延時(shí)模塊、兩個(gè)固定延時(shí)模塊和兩個(gè)脈沖觸發(fā)輸出模塊；所述可編程延時(shí)模塊通過串口接收主控單元更新的延時(shí)值并輸出兩個(gè)更新后延時(shí)值的兩個(gè)脈沖信號(hào)，然后分別將其傳送到所述兩個(gè)固定延時(shí)模塊；所述兩個(gè)固定延時(shí)模塊用于修正雙腔系統(tǒng)固有的延時(shí)誤差；所述兩個(gè)脈沖觸發(fā)輸出模塊用于分別接收固定延時(shí)模塊的脈沖輸出，將電脈沖轉(zhuǎn)換為光脈沖，觸發(fā)第一電源和第二電源放電。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述主控單元包括第一單片機(jī)和第二單片機(jī)，兩個(gè)單片機(jī)之間用雙口 RAM通訊；第一單片機(jī)主要負(fù)責(zé)延時(shí)信號(hào)的輸出和延時(shí)控制算法的實(shí)現(xiàn)；第二單片機(jī)負(fù)責(zé)電源狀態(tài)檢測(cè)和與上位機(jī)通訊。
[0011]本發(fā)明還提出一種雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制方法，所述激光器包括MO腔和PA腔，該MO腔和PA腔分別配有第一電源和第二電源，其特征在于，所述方法包括如下步驟:S1、分別用于采集所述MO腔和PA腔的脈沖放電信號(hào)；S2、根據(jù)所述脈沖放電信號(hào)獲得所述MO腔和PA腔之間的出光延時(shí)值；S3、所述狀態(tài)采集單元用于采集所述MO腔和PA腔的狀態(tài)信息；S4、根據(jù)所述MO腔和PA腔之間的出光延時(shí)值、延時(shí)設(shè)定值和狀態(tài)采集單元采集的所述狀態(tài)信息，執(zhí)行閉環(huán)控制算法，獲得雙腔放電延時(shí)的更新值；S5、把來自上位機(jī)的觸發(fā)脈沖分為對(duì)應(yīng)于所述雙腔放電延時(shí)的更新值的兩個(gè)脈沖輸出給所述第一電源和第二電源以觸發(fā)該二電源進(jìn)行放電。
[0012](三)有益效果
[0013]本發(fā)明能夠消除溫度漂移和雙腔準(zhǔn)分子激光器的腔內(nèi)壓強(qiáng)的變化對(duì)電源同步放電的影響，實(shí)現(xiàn)雙腔放電抖動(dòng)小于±5ns。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的延時(shí)測(cè)量單元的原理框圖；
[0016]圖3是本發(fā)明的主控單元的控制算法的邏輯示意圖；
[0017]圖4本發(fā)明的延時(shí)輸出單元3原理圖；
[0018]圖5是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如前所述，雙腔準(zhǔn)分子激光器放電抖動(dòng)主要包括(I)雙腔電源起始放電電壓抖動(dòng)、(2)放電腔內(nèi)的隨機(jī)抖動(dòng)、(3)放電時(shí)電源的固有抖動(dòng)、(4)雙腔電源溫度和腔內(nèi)氣體壓力抖動(dòng)。其中，雙腔電源起始放電電壓抖動(dòng)可以共用一個(gè)大功率源供電的方式解決。放電時(shí)電源的固有抖動(dòng)和放電腔內(nèi)的隨機(jī)抖動(dòng)屬于不可控因素，但放電抖動(dòng)較小。本發(fā)明所要要解決的是第(4)部分抖動(dòng)，即雙腔電源的溫漂和腔內(nèi)氣體壓力變化引起的抖動(dòng)。
[0020]雙腔電源低抖動(dòng)設(shè)計(jì)方案的基本思想是:兩個(gè)腔的放電電源都是同時(shí)由精度小于I %。的直流充電電源充電。把雙腔電源的開環(huán)放電時(shí)序抖動(dòng)限制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。再通過雙腔電源同步方法提升放電抖動(dòng)指標(biāo)。
[0021]本發(fā)明的雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制系統(tǒng)適用于準(zhǔn)分子激光器，激光器包括MO腔和PA腔，MO腔和PA腔分別配有第一電源和第二電源。放電同步控制系統(tǒng)包括延時(shí)測(cè)量單元、主控單元、延時(shí)輸出單元、第一時(shí)序采集單元、第二時(shí)序采集單元和狀態(tài)采集單元，第一時(shí)序采集單元和第二時(shí)序采集單元分別用于采集MO腔和PA腔的脈沖放電信號(hào)；延時(shí)測(cè)量單元根據(jù)第一時(shí)序采集單元和第二時(shí)序采集單元采集的脈沖放電信號(hào)獲得MO腔和PA腔之間的出光延時(shí)值；狀態(tài)采集單元用于采集MO腔和PA腔的狀態(tài)信息；主控單元用于根據(jù)MO腔和PA腔之間的實(shí)際采集的出光延時(shí)值、延時(shí)設(shè)定值和狀態(tài)采集單元采集的狀態(tài)信息，執(zhí)行閉環(huán)控制算法，獲得雙腔放電延時(shí)的更新值，并將該值送給延時(shí)輸出單元；延時(shí)輸出單元用于接受主控單元送來的雙腔放電延時(shí)的更新值，同時(shí)把來自上位機(jī)的觸發(fā)脈沖分為對(duì)應(yīng)于雙腔放電延時(shí)的更新值的兩個(gè)脈沖輸出給第一電源和第二電源以觸發(fā)該二電源進(jìn)行放電。
[0022]相應(yīng)的，本發(fā)明提出的雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制方法包括如下步驟:S1、分別用于采集MO腔和PA腔的脈沖放電信號(hào)；S2、根據(jù)脈沖放電信號(hào)獲得MO腔和PA腔之間的出光延時(shí)值；S3、狀態(tài)采集單元用于采集MO腔和PA腔的狀態(tài)信息；S4、根據(jù)MO腔和PA腔之間的出光延時(shí)值、延時(shí)設(shè)定值和狀態(tài)采集單元采集的狀態(tài)信息，執(zhí)行閉環(huán)控制算法，獲得雙腔放電延時(shí)的更新值；S5、把來自上位機(jī)的觸發(fā)脈沖分為對(duì)應(yīng)于雙腔放電延時(shí)的更新值的兩個(gè)脈沖輸出給第一電源和第二電源以觸發(fā)該二電源進(jìn)行放電。
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0024]雙腔準(zhǔn)分子激光電源通過高壓快脈沖激勵(lì)氣體放電從而產(chǎn)生激光輻射輸出。每個(gè)腔體的激勵(lì)電源功率大約都在20-50kW之間，如此大功率電源的放電散出熱的熱量對(duì)雙腔電源放電時(shí)序影響較大。從電源啟動(dòng)到穩(wěn)定工作，由于溫度影響而帶來的雙腔延時(shí)可達(dá)幾十納秒。
[0025]圖1是本發(fā)明的雙腔準(zhǔn)分子激光器放電同步控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，激光器包括MO腔和PA腔，MO腔和PA腔分別配有第一電源和第二電源。放電同步控制系統(tǒng)包括延時(shí)測(cè)量單元1、主控單元2、延時(shí)輸出單元3、第一時(shí)序采集單元4a、第二時(shí)序采集單元4b和狀態(tài)采集單元5。上述各單元構(gòu)成了放電抖動(dòng)的閉環(huán)采集和控制系統(tǒng)。
[0026]第一時(shí)序采集單元4a和第二時(shí)序采集單元4b分別用于采集MO腔和PA腔的脈沖放電信號(hào)。
[0027]延時(shí)測(cè)量單元I根據(jù)第一時(shí)序采集單元4a和第二時(shí)序采集單元4b采集的放電波形和時(shí)序信息獲得MO腔和PA腔之間的出光延時(shí)值。
[0028]狀態(tài)采集單元5用于采集MO腔和PA腔的狀態(tài)信息。
[0029]主控單元2可以由DSP或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，用于根據(jù)MO腔和PA腔之間的實(shí)際采集的出光延時(shí)值、延時(shí)設(shè)定值和狀態(tài)采集單元5采到的MO腔和PA腔的狀態(tài)信息，執(zhí)行閉環(huán)控制算法，獲得雙腔放電延時(shí)的更新值，并將該值送給所述延時(shí)輸出單元3。
[0030]延時(shí)輸出單元3以8位并口的形式接受主控單元2送來雙腔放電延時(shí)的更新值，同時(shí)把來自上位機(jī)的觸發(fā)脈沖分為對(duì)應(yīng)于所述雙腔放電延時(shí)的更新值的兩個(gè)脈沖輸出給第一電源和第二電源以觸發(fā)該二電源放電。
[0031]其中，第一時(shí)序采集單元4a和第二時(shí)序采集單元4b可以采用光電二極管的方式，也可以采用高