Исследование и разработка генераторов импульсов тока для накачки твердотельных лазеров
Диссертация
Временная структура (или форма) импульсов лазерного излучения, т. е. зависимость мгновенной мощности излучения от времени, которая у промышленных серийных установок обычно представляет собой или полусинусоиду или прямоугольник, определяется параметрами формирующей цепи и в определенной степени повторяет форму импульса тока накачки. Большой объем экспериментальных и теоретических работ показывает… Читать ещё >
Список литературы
- Гейнрихс И.Н., Баранов М. С., Гуревич В. И. О влиянии формы и энергии импульса лазерного излучения на характер проплавления металла // Сварочное производство.- 1973.- № 9- С.1−2.
- Лебедев В.К., Граница В. Т., Гаращук В. П. Влияние формы импульса излучения на глубину зоны проплавления при лазерной сварке металла // Автоматическая сварка. 1973. -№ 10-С.10−12.
- Гиллемин Е.А. Синтез пассивных цепей: Пер. с англ. под ред. М. М. Айзинова. М.: Связь, 1970. — 720 с.
- Опре В.М. Генераторы мощных импульсов тока регулируемой длительности и формы: Автореф. док. техн. наук: № 05.09.03 Л.: ЛЭТИ, 1993.-16 с.
- Бенедиктов В.Л., Михайлов Н. И. Особенности получения мощных световых импульсов сложной формы // Приборы и техника эксперимента. 1971. — № 4. — С. 187−189.
- Рыкалин H.H., Углов A.A. Расчет процессов нагрева при сварке металлов лучем лазера // Сварочное производство.- 1967.- № 6. С. 8−9
- Рыкалин H.H., Углов A.A. Некоторые особенности тепловых источников при сварке лазером // Сварочное производство.- 1969.- № 11. С.4−6
- Действие излучения большой мощности на металлы / Анисимов С. И., Имас Я. А., Романов Г. С., Ходько Ю. В. -М., Наука,-1970. -218 с.
- Лазеры в технологии / Водоватов Ф. Ф., Чельный A.A., Вейко В. П., Ли-бенсон М.Н.- Под ред. М. Ф. Стельмаха. М.: Энергия, 1975. — 216 с.
- Вейко В.П., Либенсон М. Н. Лазерная обработка.- Л.: Лениздат, 1973. -94 с.
- Кочергин К.А. Контактная сварка. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. -240 с.
- Технология и оборудование контактной сварки: Под. ред. Б. Д. Орлова М. Машиностроение, 1986. -352 с.
- Белов А.Б. Конденсаторные машины для контактной сварки.- JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. -112 с. (Электросварочное оборудование).
- Исследование зависимости глубины упрочненного слоя от формы им-пулса лазерного излучения / В. П. Гончаренко, В. С. Картавцев, Е. Ю. Касьянов и др. // Электронная техника. Серия 7 ТОПО.- 1984.-Вып.З.- С.25−26.
- Гуреев Д.М. Влияние временной формы лазерного излучения на толщину лазерно-упрочненного слоя // Квантовая электроника.- 1986.-Т.13, № 8.- С. 17 161−1718.
- Панкова М.Б., Савинич B.C. Влияние формы теплового импульса на плавление металла // Физика и химия обработки материалов.- 1975. -№ 2.- С.146−150.
- Бояркин К.Е., Федоров A.B., Влияние формы и длительности на качество резки авиационных конструкционных материалов // Вестник Ам-ГУ. -1990. -№ 6. -С.21−24.
- Herbert S. Haynes. Патент США, № 3, 051, 906, по кл. 328−14.
- Егоров A.A., Панасюк B.C., Юдин Л. И., Острейко Г. Н., Генератор мощных импульсов сложной формы // Приборы и техника эксперимента- 1966.- № 5 -С.28−30.
- Иванонов А. Б., Сосновкин Л. М. Импульсные передатчики СВЧ, М.: Советское радио, 1956.- 615 с.
- Вицинский С.А. Формирование импульсов тока реактивными цепями с емкостными и индуктивно-емкостными накопителями энергии: Дис. канд. техн. наук.- Л.: 1981.- 190 с.
- Данилов JI.B., Золтницкий В. М. Импульсные модуляторы на пассивных цепях с регулируемой формой выходного импульса // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника радиосвязи.- 1970.- Вып. 5.- С.3−9.
- Данилов Л.В., Золтницкий В. М. Реализация передоточных функций реактивных многополюсников // Электросвязь.- 1970.-№ 1.- С. 14−19.
- Золтницкий В.М. Формирующие многополюсники с несколькими одновременно коммутируемыми входами // Изв. ЛЭТИ.- 1969.- Вып.84.-С.174−178.
- Золтницкий В.М. Синтез реактивных многополюсников, формирующих мощные импульсные сигналы: Авторефер. дисс. канд. техн. наук.-Л.: ЛЭТИ, 1972.- 13 с.
- Вицинский С.А., Никитин A.M., Опре В. М. Синтез реактивных многополюсников с неодновременной коммутацией входов управляемыми вентилями // Изв. Вузов. Радиоэлектроника.- 1984.- Т. 27, -№ 8, — С.88−89.
- Михайлов Н.И. Генерация мощных импульсов тока произвольной формы // Болгарский физический журнал.- 1981.- Т.8.- № 1.- С.94−99.
- Булатов О.Г., Иванов B.C., Панфилов Д. И. Тиристорные схемы включения высокоинтенсивных источников света.- М.: Энергия, 1975.-С.162−163.
- Иванов Л.П. Мощный генератор с регулируемой формой импульсов для питания газоразрядных ламп накачки лазеров // Электротехника.-1985.-№ 3.- С.21−22.
- Исследование способов регулирования длительности и формы импульсов светолучевых установок / Ивахнов С. Д., Матвеев В. А., Раймов Г. Г и др.// Использрвание оптических квантовых генераторов в современной технике и медицине: Сб.ст.- Л.: ЛДНТП, 1971.-С.3−8.
- Кибакин В.М. Основы ключевых методов усиления.- М.: Энергия, 1980.- 232 с.
- A.c. СССР 1 648 681 МКИ В23 К 11/26. Конденсаторная сварочная машина с регулируемым импульсом сварочного тока / Никитин A.M., Опре В. М., Коротаев Н. В. и др. //1991, Б.И. № 18.
- Опре В.М. Генераторы импульсов тока регулируемой формы для накачки лазерных технологических установок // Электротехника.- 1989.-№ 9.- С.68−71.
- A.c. СССР № 1 709 501 МКИ НОЗК 3/53. Генератор импульсов тока регулируемой формы / Герасев О. С., Никитин A.M., Опре В. М., Свиридов В.А.// 1992.- Б.И. № 4.
- Милях А.Н., Кубышин Б. Е., Волков И. В. Индуктивно-емкостные преобразователи. -Киев: Наукова думка, 1964. -124 с.
- Волков И.В., Вакуленко В. М. Источники электропитания лазеров.-Киев: Техника, 1976. -104 с.
- Пентегов И.В. Основы теории зарядных цепей емкостных накопителей энергии.- Киев: Наукова думка, 1982.-424 с.
- Кныш В.А. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов.- Л.: Энергоиздат, 1981.-156 с.
- Чиженко И.М., Берлинских Г. С. Зарядные устройства емкостных накопителей энергии.- Киев: Наукова думка, 1980.- 152 с.
- Энергетика процессов резистивного заряда расщепленного емкостного накопителя / И. Ю. Красноперова, А. Е. Овчаренко, В. М. Опре, А. В. Федоров // Изв. ГЭТУ.- 1997.- вып 511,.- С. 24−26.
- Ворончев Т.А. Импульсные тиратроны. М.: Советское радио, 1958−164 с.
- Фугефиров М.И. Электрические схемы с газоразрядными лампами.-М.: Энергия, 1974.-386 с.
- Импульсные трубчатые лампы как элемент электрической цепи / Ю. А. Ананьев, Е. Г. Бордачев, В. М. Иртуганов и др. // Квантовая электроника.- 1974. № 5.- С. 1195−1200.
- Королев Е.А., Хазов Л. Д. Расчет схем питания импульсных ламп для накачки тверлотельных ОКГ // Журнал прикладной спектроскопии.-1967.- Т.6, Вып.4.- С.467−470.
- Перльман Д.Е. Предельные нагрузки прямых трубчатых импульсных ламп, наполненных ксеноном // Приборы для научных исследований.-1967.- Т.38, № 1, — С.72−76.
- Импульсные источники света / Под ред. И. С. Маршака.- М.: Энергия, 1978.-472 с.
- Иванов В.В., Никифоров В. Г., Разанов А. Г. Предельные нагрузочные характеристики импульсных ламп в различных электрических режимах // Электронная техника. Сер. 4.-1975.- Вып.6.-С.23−26.
- Райзер Ю.П. Физика газового разряда.- М.:Наука, 1987.-591 с.
- Шмелев К.Д., Королев Г. В. Источники электропитания лазеров / Под ред. В. М. Вакуленко.- М.: Энергоиздат, 1968. -168 с.
- Григорьянц А.Г., Софонов А. Н. Лазерная техника и технология: В 7 кн. Кн. З Методы поверхностной лазерной обработки /- Под ред. А. Г. Григорьянца, — М.: Высш.шк., 1987.- 191 с.
- Матханов Н.П. Синтез реактивных четырехполюсников по временным функциям.- М.: Энергия, 1970. 134 с.
- Ицхоки Я.С., Овчинников Н. И. Импульсные и цифровые устройства, -М.: Советское радио, 1972.- 592 с.
- Меерович Л.А., Зеличенко Л. Г. Импульсная техника.- М.: Советское радио, 1954.-760 с.
- Калантаров П.Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей.- Л.: Энерго-атомиздат, 1986.-488 с.
- В.М. Громовенко, В. М. Опре, H.A. Щеголева Зарядные устройства расщепленных емкостных накопителей // Электротехника.- 1997.-№ 3.- С.45−48.
- Новиков О .Я. Устойчивость электрической дуги.-JI. ¡-Энергия, 1978. -160 с.
- Никитин А. М. Разработка и исследование импульсных источников питания твердотельных лазерных технологических установок: Авто-реф.дисс.канд.техн.наук: № 05.09.03. Л.: 1988. — 197 с.
- Лазеры на аллюмоитриевом гранате с неодимом / Г. М. Зверев, Ю. Д. Голяев, Е. А. Шалаев и др.- М.: Радио и связь, 1985.- 144 с.
- Моравский В.Э., Гаращук В. П., Величко O.A. Технология и оборудование импульсной лазерной сварки и резки.- М.: Машиностроение, 1976. -56 с.
- Вицинский С.А., Кулаков В. И., Опре В. М. Генератор импульсов тока регулируемой формы и длительности для питания газоразрядных ламп // Приборы и техника эксперимента.- 1980.- № 1.- С.123−124.
- Справочник по импульсной технике / Под ред. В. Н. Яковлева.- Киев: Техника, 1970.- 656 с.
- Лившиц А.Л. Otto М.А. Импульсная техника.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-352 с.
- Данилов Л.В. Синтез реактивных четырехполюсников, формирующих импульс произвольной формы // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника радиосвязи.- 1961.- Вып. 3.- С.32−45.
- Справочник по электрическим конденсаторам / Под ред. И.И. Четверт-кова и В. Ф. Смирнова.- М.: Радио и связь, 1983.- 576 с.
- Основные технические предпосылки к созданию лазерных установок для резки металлических листов / Герасев O.A., Котиков В. Н., Лазаревский А. Н., Опре В. М., Титков Ю. С., Шабаршин В. П. // Технология судостроения. -1988. № 8. с. 21−24. ДСП.
- Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин и др.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-400 с.
- Справочник по технологии лазерной обработки / Под ред. Коваленко B.C.- Киев: Техника, 1985.- 167 с.
- Спрвочник по электрическим конденсаторам / Под общ. ред. В.В. Ер-муратского.- Кишинев: ИСТИННЦА, 1982.- 309 с.
- Белостоцкий Б. Р. Любавский Ю.В. Овчинников В. М. Основы лазерной техники, М., Советское радио, 1972. 408 с.
- Кочанов Н.С. Основы синтеза линейных электрических цепей во временной области. М.: Связь, 1967. -200 с.
- Атанассопулос П., Шеффлер П., Уорен А. Оптимальный синтез во временной области. ТИИЭР.- 1966.- Т.54, № 12.- С. 359−361.
- Ланнэ A.A. Оптимальный синтез линейных электрических цепей.- М.: Связь, 1969. -292 с.
- Unbehauem R. Synthese von Reak-tanzvierpolen mit vorgeschriebenem Zeitverhalten // Archiv der elektrischen Ubertragung.- 1967.- B.21 H.4.- P. 161−169.
- Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap5. M.: Солон, 1997.-273 с. 77.3велто О. Физика лазеров: Пер с англ./ Под.ред. Т. А. Шмаснова.- М.: Мир, 1979.- 373 с.
- Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения.- М.: Радио и связь, 1981.- 439 с.
- Пантел Р., Путхоф Г. Основы квантовой электроники: Пер. с англ./ Под ред. Ю. А. Ильинского.- М.:Мир, 1972.- 384 с.
- Микаэлян A. JL, Тер-Микаэлян М.Л., Турков Ю. Г. Оптические генераторы на твердом теле.- М.: Советское радио, 1967.- 384 с.
- Спрвочник по лазерам: Пер с англ./ Под ред. А. М. Прохорова.- М.: Сов. радио, 1978.- Т.1- 504 с.
- Качмарек Ф. Введение в физику лазеров Пер. с польск. / Под ред. М. Ф. Бухенского.- М.: Мир, 1981.- 540 с.
- Ханин Я.И. Динамика квантовых генераторов.- М.: Сов. радио, 1975.-423 с.
- Фолин К.Г., Гайнер А. В. Динамика свободной генерации твердотельных лазеров, — Новосибирск: Наука, 1979.- 264 с.
- Шумы излучения лазеров на твердом теле / В. В. Азарова, Н. М. Галактионов, А. А. Мак и др. Квантовая электроника.- 1979.- Т.6.,№ 11.- С. 2339−2348
- Волновые и флуктационные процессы в лазерах / С. Г. Зейгер, Ю. Л. Климонтович, П. С. Ланда и др./ под ред. Ю. Л. Климонтовича.- М.: Наука, 1974.-415 с.
- Mathcad 6.0 Plus. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. -2-е изд. стереотип. М.: Информационно издательский дом «Филинъ», 1997.- 712 с.
- Громовенко А. В., Опре В. М., Федоров А. В. Генераторы импульсов тока регулируемой формы / СПбГЭТУ. СПб., 1999. -23 С. Деп. в ВИНИТИ 27.10.99, № 3175-В99.
- Allas А.А., Gromovenko A.V., Opre V.M., Fedorov A.V. Pump systems of solid-state lasers with adjustable peak-temporary structure of radiation impulses / Proceedings of SPIE The International Society for optical engineering. 2000. Volume 4751 — p.53−56.
- Свидетельство на полезную модель № 13 125. Зарядное устройство / Громовенко А. В., Опре В. М., Федоров А. В.- № 99 123 578- Заявл. 09.11.99- Опубл. 20.03.00, Бюл. № 8.
- Свидетельство на полезную модель № 13 733. Зарядное устройство расщепленного емкостного накопителя / Громовенко А. В., Опре В. М., Федоров А. В. -№ 2 000 101 470- Заявл. 05.01.00- Опубл. 10.05.00, Бюл. № 13.
- Свидетельство на полезную модель № 15 060. Генератор импульсов тока / Аллас А. А., Громовенко А. В., Коротков А. Ю., ОпреВ. М., Федоров А. В. № 2 000 110 979- Заявл. 28.04.00- Опубл. 10.92 000 Бюл. № 25.
- Методика расчета эпюры зарядных напряжений и моментов коммутации вентилей для получения в активной нагрузке импульсов тока заданнойформы.
- Ввод данных для расчета очередного шага.
- Задание начальных условий для расчета:• ток индуктивности Ь1: Ю1 :=0• ток индуктивности Ь2 (ток нагрузки): 102:=0• напряжение на фильтровой емкости: и1:=0
- Задание интервала расчетного времени: I := 0,0.1 .6 1.2 Задание требуемого тока нагрузки к моментуполного разряда ячейки РЕН: 12:=12. Расчет очередного шага.
- Расчет значений токов и напряжений к моменту коммутации последующего вентиля, необходимых для расчета следующего шага:1.:= 0.2 у (1) = 1.099 т := у (1) и := Е (г)
- Задание требуемого тока индуктивности Ь1, определяющего момент окончания работы демпфирующего вентиля и соответственно момент коммутации следующего разрядного вентиля: 1Ы:=0.274
- Определение времени работы вентиля т: у () := гос*((.71-П .58-и+.49−12) ехр (-1.63^) + (.29−11 + .58и- .49−12)-схр (-1.18−0ххсо8(2.3б-0 + 2.-(.32-П .Зб-и + .05−12)-езф (-1.18−0-яп (2.3б-0 — Ш, 0 I := 0.2 у (0 = 0.426
- Индикация полученных результатов:• время полного разряда ячейки РЕН: 1=0.426• напряжение на Сф в момент т: ис (1)=0.759• ток индуктивности Ь2 в момент т: 1Ь2(1-)=0.955
- Пример расчета ГИТРФ на основе РЕН для накачки твердотельного лазера.
- Техническое задание. В качестве исходных данных будем рассматривать следующие параметры:
- Нагрузка две последовательно соединенные импульсные лампы накачки ИФП-800.
- Длительность импульса лазерного излучения: хш = 1мс.
- Длительность фронта импульса лазерного излучения: тфрЛ < 10% = =0.1мс.
- Длительность среза импульса лазерного излучения: тСрЛ < 10% = =0.1 мс.
- Максимальная энергия в импульсе = 8 Дж.1.Максимальную частоту следования импульсов 1"тах =30 Гц.
- Амплитудное значение базового прямоугольного импульса тока равно: w ^2/3 («1п =И1. Чтил^с J1пот> = I---I + 85 = 369.85A „370A.пор I 0.001−1.664 J
- Уровень заряда ячеек будет равен:
- Uc = 2.0121п11л = 2.012 • 370 • 1.3 = 967.7 В.13 Число ячеек равно: па1/хфр-0.012 1/10−0.012 0.015 0.0151/тср-0.011 1/12−0.011 г"0п >---=-= 5.28.0.0137 0.0137
- Принимаем число ячеек п равным 6.
- Номинальные значения элементов генератора будут равны:1. T1 0.7Rth 0.7−1.3−0.001 .1. =---=-= 134мкГн, 0.998п +0.784 0.998−6 + 0.7840.25RtH 0.25−1.3−0.001, 1. =--— =-= 48мкГн, 0.998п +0.784 0.998−6 + 0.784^ 0.5ти 0.5−0.001
- Ся = Са =т---г-= т-г-= 57мкФ. я ф (0.998n + 0.784)R (0.998−6 +0.784)-1.3
- Действующие значения тока катушек индуктивности будут равны:1.18Imax 1.18−370
- Максимальное значение тока разрядного вентиля равно:1.p =1.18-Imax = 1.18−370 = 436.6A.
- Значение среднего тока разрядного вентиля 1Ср равно: ср =сяис^ах = 57−10"6−967.7−30 = 1.65А.
- Номинальное значение емкости рекуперации будет равно: п-Ся-Е2 6−57 10"6−5002 Л1 Л Ср =-^-=---= 91мкФ. и-967.7'
- Величина зарядной индуктивности будет равна:1127мГн.302 ^3.14-б757−10"6 +2−3.14л/9М0"6^ 2.3 Максимально возможная величина зарядного тока будет равна:1тз=Е^ = 50 057. Ю-6 -627.10−356.27А.
- Среднее значение тока зарядного вентиля равно:1СЗ =Ся.^тах = 57−10~6- 967.7 -30 = 1.65А. Максимальное значение тока вентиля рекуперации определяется как: Iтрек11. Е2с/П
- С 1 р 5002−57- 10"6 г 91 -Ю-61т! 27−10“ -3 v 1 v 57 •10~6.63.ЗА.,
- Максимально возможное остаточное напряжение в емкости рекуперации будет равно:
- U0CT (TP) = E-Ee Q = 500−500−2.7ГЗЛ4/10 =135 В. Величина дополнительной индуктивности определиться как: и2стСРСя 134.72 -91−10~6 -57-Ю"61. = —---=-----— = 7.1мкГн.1^(СР+СЯ) 300 (91−10 + 57−10)
- Минимально допустимый уровень заряда ячеек РЕН будет равен: тт wbocc 56.27−50−10"6 и min ~ ~ iL ~чуяв.1. Ся 57−10»