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TEA CO_2激光器腔长控制系统研究

作　者: 喻筱
导　师: 左都罗
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: TEA CO2激光器腔长控制 PID控制压电陶瓷
分类号: TN248.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 31次
引　用: 2次
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内容摘要

THz波以其良好的透视性、高的分辨本领、优秀的安全性等优点,在生物技术、航空航天、材料科学等领域得到了广泛应用。而目前采用CO₂激光泵浦分子气体产生THz激光输出是最常用的比较成熟的获取THz激光的方法。光泵THz激光器要求泵浦源CO₂激光器的输出激光为单纵模且频率稳定。研究TEA CO₂激光器腔长控制系统的目的是改善TEA CO₂激光器的腔长稳定性,提高激光器注入锁定的成功率,从而获取单纵模、频率稳定的输出CO₂激光。本文概述了谐振腔腔长控制的基本原理,比较了多种控制方案的优缺点,并选择了以单片机为核心控制器的设计方案,介绍了TEA CO₂激光器腔长控制系统的主要组成模块。并在此基础上设计了控制系统的控制电路模块,结合PID控制算法,编写了相应的控制程序,并从硬件和软件抗干扰两个角度对系统抗干扰进行了设计。在实验方面的研究,搭建了腔长控制系统静态及动态实验所需的实验平台,完成了控制系统在两种平台下的实验研究,分析了控制系统在两种平台的工作性能。研究表明,对于静态实验,腔长控制系统能通过调节压电陶瓷改变谐振腔腔长,寻找到与注入种子光匹配的腔长,并使谐振腔稳定在这一腔长;而对于动态实验,功率振荡器的机械振动对谐振腔长匹配有严重的影响。尽管可以获得部分注入锁定的激光脉冲输出,为获得理想的结果,还必须加强机械振动隔离措施和改善腔长检测光学系统。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 光泵THz 与TEA CO_2 激光器  8-9
  1.2 激光器腔长控制技术国内外进展  9-12
  1.3 课题来源、目的及意义  12-13
  1.4 论文主要内容  13-14
2 TEA CO_2 激光器腔长控制系统总体设计  14-24
  2.1 腔长控制原理  14-17
  2.2 腔长控制方案比较  17-19
  2.3 系统组成及工作流程  19-23
  2.4 本章小结  23-24
3 TEA CO_2 激光器腔长控制系统硬件设计  24-33
  3.1 压电陶瓷(PZT)  24-25
  3.2 压电陶瓷精密位移控制器  25-27
  3.3 控制系统硬件组成  27-31
  3.4 电磁兼容设计  31-32
  3.5 本章小结  32-33
4 TEA CO_2 激光器腔长控制系统软件设计  33-43
  4.1 腔长控制算法  33-37
  4.2 开环控制扫描程序  37-39
  4.3 闭环控制保持程序  39-40
  4.4 软件抗干扰技术  40-42
  4.5 本章小结  42-43
5 实验研究  43-55
  5.1 压电陶瓷性能测试  43-45
  5.2 静态实验结果分析  45-49
  5.3 动态实验结果分析  49-55
6 总结与展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-61
附录1 腔长控制实验装置  61-62

TEA CO_2激光器腔长控制系统研究

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