HeNe激光器電源的設(shè)計(jì)與制作_第1頁
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文檔簡介

1、XXXXX容院激光器件課程設(shè)計(jì)班級:XXXXX姓 名:XXXXX學(xué)號:XXXXX指導(dǎo)教師:XXXXX設(shè)計(jì)時(shí)間:XXXXX成 績:語:XXXXXX 學(xué)院二0一三年實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉激光器的基本原理;2、熟悉激光器的基本組成;3、掌握氦氖激光器工作原理;4、掌握氣體激光器對電源的要求;5、學(xué)會氣體激光器電源的設(shè)計(jì)和制作方法;6、完成3mW (250mm)氮凝激光器放電電源的制作與調(diào)試。二實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備氦氖激光器、萬用表、線路板、電子元器件。三設(shè)計(jì)制作原理1. 激光器基本原理:實(shí)現(xiàn)光的受激輻射放大,產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和增益大于損耗。2. 激光器基本組成:工作物質(zhì)諧振腔 泵浦源3. 氦氖

2、激光器工作原理:(1) He-Ne 激光器的基本組成:放電管、電極和光學(xué)諧振腔;(2)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的建立:激發(fā)態(tài)He-Ne原子間的共振能量轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)Ne原子激光上能級的激發(fā),選擇減小放電管徑尺寸實(shí)現(xiàn)Ne 原子激光下能級的消激發(fā);3. ) 最佳放電條件: 選擇使增益達(dá)到最大的放電電流、總氣壓、氣體混合比4. 氣 體放 電基 本原 理 :氣 體 激 光 器 的 激 勵(lì) 方 式 一 般 采 用 氣 體 放電 。 在平常情況下氣態(tài)物質(zhì)是絕緣體,當(dāng)加上電壓時(shí),氣體中產(chǎn)生的電流很微弱, 但當(dāng)電壓升高至一定值時(shí)電流會突然增大,同時(shí)電極間電壓突然減小,氣體從絕緣體迅速變成導(dǎo)體,這叫做氣體的擊穿或“著火”。按照

3、氣體導(dǎo)電的伏安特性來區(qū)分,擊穿后氣體導(dǎo)電還可分為正常輝光放電和反常輝光放電。氦氖激光器工作在正常輝光放電區(qū)域。由于放電管擊穿后變成導(dǎo)體,此時(shí)放電管電壓比擊穿時(shí)低很多,所以整個(gè)放電電路的電壓就會有相當(dāng)大的一部分落到限流電阻上。擊穿氣體導(dǎo)電性質(zhì)的突變,是由于此時(shí)氣體中產(chǎn)生許多正離子和自由電子,在外電場的作用下,分別向陰、陽極運(yùn)動,造成放電電流很大。放電電流對于激光器的輸出功率有直接影響,即有一個(gè)最佳放電電流。擊穿后處于正常工作的氦氖激光器,其放電屬于正常輝光放電。整個(gè)放電過程由伏安特性曲線描述。5. 氦氖激光器對電源系統(tǒng)的要求:氦氖激光器常采用直流高壓輝光放電激 勵(lì),此類放電的特征是:傳導(dǎo)電流的范

4、圍為10上10A,管壓降為幾百伏到幾千伏,工作在小電流 高電壓的正常輝光放電區(qū)域;有較高的陰極位降和較強(qiáng)的陰極濺射;激光管的伏安特性呈負(fù)阻性。 為此,在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí),必須選擇合理的 外特性,使激光管處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。6. 設(shè)計(jì)的具體要求如下:(1)激光管能進(jìn)入正常輝光放電狀態(tài),其空載端電壓必須達(dá)到擊穿電壓。對 管長250450毫米的氮凝管,擊穿電壓在 40006000伏特。(2)擊穿后,電源應(yīng)能保證供給激光管正常工作電壓和工作電流。在正常輝 光放電區(qū),其伏安特性呈負(fù)阻特性,因此必須采取一定的限流措施。(3)氮式激光器的輸出功率強(qiáng)烈的依賴于放電管的電流強(qiáng)度。在一定范圍內(nèi),與電流平方成正比。(4

5、)為使激光電源有較大的使用范圍,其電壓、電流應(yīng)有一定的調(diào)節(jié)范圍。 調(diào)節(jié)范圍的下限為維持放電電流,對氫式激光器,最小維持電流為35mA;上限為略大于最佳工作電流。7.氫凝激光器電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)氫式激光器電源電路有多重形式,例如倍壓整流式、直流交流交換 升壓式等。本次試驗(yàn)以250mm氮式激光管氫式激光器倍壓式電源為例,說明此 類電路的設(shè)計(jì)思路。(1)考慮到250mm氮式激光管的擊穿電壓在 50006000V之間,對220V交 流電壓需要26倍升壓.(2)保證擊穿后能正常工作,工作電壓在 10001500V之間,工作電流在 510mA之間,必須選取適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?三設(shè)計(jì)制作內(nèi)容步驟1 .設(shè)計(jì)電路原理圖

6、倍壓整流電路該倍壓整流電路的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)電容上的電壓不會超過輸入電壓U的兩倍,即440V,所以可以選用耐壓較低的電容。缺點(diǎn)是電容是串聯(lián)放電,紋波大2 .元器件的選取二極管1N4007型26只電容器223 (0.022 4 /630V16 只電解電容CDIIZ(10UF)/400V18 只電阻1MQ9只限流電阻44KQ 10W碳膜電阻4只3 .氫凝激光器電源系統(tǒng)的制作(電路板焊接)(1)熟悉、檢查元件是否完好,進(jìn)行二極管斷通試驗(yàn)(2)表面處理:元件管教是焊盤氧化層的處理,以防止虛焊(3)掛錫(4)焊接元器件(5)送交指導(dǎo)老師檢查(6)經(jīng)驗(yàn)收調(diào)試:焊接電源接線,連接氮式激光管工作電路(7)經(jīng)檢查合格

7、后,在指導(dǎo)老師監(jiān)護(hù)下接通電源;進(jìn)行最佳放電電流測試三仿真分析用仿真軟件畫出電路圖,測得輸出波形如下:輸出電壓波形圖由圖可知,輸出電壓約為4.7KV,220V經(jīng)26倍整流后,輸出電壓應(yīng)為5.72KV, 由于限流電阻的分壓,使得最后輸出電壓為 4.7KV。四實(shí)驗(yàn)結(jié)果把焊好的電源加在氮凝激光管兩端時(shí),氮式激光管發(fā)出正常的紅色激光。測得工作電流約為9.52mA,工作電壓在2000V3000V之間。給氮凝激光管的兩 端并聯(lián)上一電阻時(shí),加上高壓后,氮式激光管不能發(fā)光。去掉并聯(lián)的電阻,加上高壓,氦氖激光管正常發(fā)光,然后再加上并聯(lián)電阻,氦氖激光管正常發(fā)光。此現(xiàn)象說明氦氖激光管工作需要高的擊穿電壓,加入并聯(lián)電阻

8、后分壓使氦氖管兩端達(dá)不到擊穿電壓;當(dāng)正常發(fā)光后,氦氖激光管的工作電壓會比擊穿電壓低很多很多,所以再并聯(lián)上電阻時(shí),氦氖管仍能依靠較低的電壓正常工作。這就是氦氖激光管工作需要高壓電源( 擊穿 ) 的原因。 另外實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需要對電容進(jìn)行放電處理,說明電容充放電時(shí)間較長。五 實(shí)習(xí)心得通過本次對3mW 250mm氮凝激光器放電電源的制作與調(diào)試實(shí)驗(yàn),再次熟悉了激光器的基本組成和工作原理,掌握了氣體激光器對電源的要求, 學(xué)會了氣體激光器電源的設(shè)計(jì)與制作,再次練習(xí)了電路板的焊接技術(shù),鞏固了對仿真軟件的使用。這次的氦氖激光器電源的設(shè)計(jì)與制作,綜合運(yùn)用激光原理、激光器件、電路電子技術(shù)及焊接的相關(guān)的知識和技能,并在

9、老師的指導(dǎo)下,自己設(shè)計(jì)制作了一個(gè)氦氖激光器電源,而且調(diào)試通過能正常工作發(fā)出激光,這加深了我們對激光技術(shù)的理解和理論知識的鞏固,也深化了我們對大學(xué)兩年所學(xué)光學(xué),電子學(xué)等專業(yè)課的理解,也為畢業(yè)后的工作技能打下基礎(chǔ)。通過這次實(shí)習(xí)我認(rèn)識到了理論學(xué)習(xí)與實(shí)際動手實(shí)踐相結(jié)合的重要性。在課本上學(xué)習(xí)到的知識,只有在實(shí)際應(yīng)用后才能正真理解與應(yīng)用,理論學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)到的只是理論, 只有將自己所學(xué)的理論動手實(shí)踐做出產(chǎn)品才能更好的為人類提高生活水平提供物質(zhì)基礎(chǔ),才能為社會作出貢獻(xiàn)和服務(wù)。通過這次實(shí)習(xí),我發(fā)現(xiàn)自己的動手能力還有欠缺,需要在以后的學(xué)習(xí)中切實(shí)注重提高自己的動手能力,全面拓展自己的知識面,學(xué)會能獨(dú)立提出問題,解決問題和分析問題,科學(xué)是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程,所以,在以后的過程中,我將會更加注重這方面的思考力和行動力。我們將要畢業(yè)進(jìn)入社會工作,在社會上我們需要的用自己學(xué)習(xí)到的知識來解決在生活工作中的實(shí)際問題,僅僅知道理論是完全不夠的,所以我們需要多加強(qiáng)自己的動手能力,學(xué)會合理,靈活運(yùn)用自己學(xué)習(xí)到的知識。當(dāng)然,我們也要加強(qiáng)理論學(xué)習(xí),只有自己腦袋里有知識,才能在需要的時(shí)候有所用,才能談及應(yīng)用?!皺C(jī)會總是垂青有積極準(zhǔn)備的人”, 接下來我們面臨著找工作和做畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù), 我們

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