【正文】 11: Qswitch driver。 12: 功率分配器Fig 412. Principal setup, showing the laser, consisting of one pump chamber and two AOQswitch. 1,2: cavity mirror。 3,4: 聲光Q開關(guān)。 圖 46 (a )10個(gè)脈沖組成的觸發(fā)脈沖與自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光在時(shí)域上的對(duì)應(yīng)關(guān)系(b) 聲光 調(diào)制后的激光脈沖列輸出fig 46 (a)the time domain relation of 10 modulation pulses and the free running lasers (b)the output of the acoustooptic modulation lasers pulses sequence, ba 聲光器件關(guān)斷能力的實(shí)驗(yàn),位置對(duì)關(guān)斷能力有較大的影響,考慮到聲光晶體不絕對(duì)均勻性,我們通過示波器測(cè)得了調(diào)制后的激光輸出的脈寬,. 聲光調(diào)制激光輸出的脈寬精確調(diào)整激光器的前后腔鏡,待脈沖激光器時(shí),在激光電源輸出電壓為800V時(shí),獲得穩(wěn)定輸出,應(yīng)用示波器測(cè)得其自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的脈沖寬度Δt為250微秒,激光功率計(jì)測(cè)得重復(fù)頻率f為10Hz下,:250μs 圖47 自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光脈沖輸出波形fig 47 the output pulse wave shape of the free running laser對(duì)高頻聲光驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行延遲處理及外調(diào)后驅(qū)動(dòng)單聲光器件,發(fā)現(xiàn)聲光器件不能完全關(guān)斷激光脈沖輸出,在調(diào)制后的激光脈沖輸出的底部有明顯的未調(diào)制的激光溢出,如圖所示:圖48 未關(guān)斷的調(diào)制波形fig 48 the modulation wave shape which is not wholly shutoff降低激光電源的電壓輸出,底部溢出的激光慢慢消失,至調(diào)整激光電源電壓輸出至650伏時(shí),調(diào)調(diào)制后激光脈沖輸出的底部溢出得到完全抑制,如圖所示:圖49 完全關(guān)斷后的調(diào)制波形fig 49 the modulation wave shape which is wholly shutoff 在此基礎(chǔ)上,我們利用示波器,:圖410 調(diào)制后的激光脈沖的寬度fig 410 the laser pulse width by the modulation 200ns關(guān)斷有一定增益的激光器振蕩,必須有足夠的聲功率,根據(jù)計(jì)算,%,提高器件的的使用壽命,我們測(cè)定了聲光驅(qū)動(dòng)功率與關(guān)斷激光功率之間關(guān)系的曲線.=50Hz聲光器械件高頻驅(qū)動(dòng)功率與激光關(guān)斷功率關(guān)系如下表41高頻驅(qū)動(dòng)與激光輸出功率高頻驅(qū)動(dòng)功率P1(W)激光電源輸出電壓U(V)能關(guān)斷的激光輸出平均功率P2(W)激光單脈沖平均功率P3(W)/單脈沖能量W(mJ)調(diào)制后激光脈沖的功率P4(W)5500240/6010520320/8015550520/13020580600/15025590640/16030600720/18035620840/21040650 1000/250456501000/250506501000/250556501000/250606501000/250656501000/250706501000/250圖411 高頻驅(qū)動(dòng)功率與激光關(guān)斷功率的關(guān)系fig 411 the relation of the drive power and the laser power: 由圖411,我們發(fā)現(xiàn)起始階段聲光器件對(duì)激光關(guān)斷功率能力較低,但增長(zhǎng)迅迅速,這是因?yàn)槁暪馄骷图す廨敵鲇幸粋€(gè)閾值,激光關(guān)斷功率的增加并不按正比增加,這是因?yàn)槠骷奶卣髯杩蛊ヅ渲饕窃?4瓦低驅(qū)動(dòng)功率下進(jìn)行的,隨著驅(qū)動(dòng)功率的增加,我們發(fā)現(xiàn)器件的駐波反射比會(huì)增加,激光關(guān)斷功率基本飽和,激光關(guān)斷功率輸出隨驅(qū)動(dòng)功率的增加而增加緩慢..綜合考慮關(guān)斷效果及聲光器件的的使用壽命,我們認(rèn)為驅(qū)動(dòng)功率取45瓦為宜.聲光器件調(diào)制頻率與激光功率輸出的關(guān)系.由前面的實(shí)驗(yàn)我們知道,在自由激光脈被完全關(guān)斷的前提下,調(diào)制后的脈沖輸出平均功率隨著,我們利用波形發(fā)生器,編制了不同頻率的調(diào)制波形,實(shí)驗(yàn)研究了聲光調(diào)制頻率對(duì)激光輸出功率的影響.表42不同頻率調(diào)制出的巨脈沖數(shù)及輸出功率,調(diào)制頻率 KHz調(diào)制后脈沖數(shù)調(diào)制后激光輸出功率W調(diào)制后單脈沖功率KW2041743051404056130506118由測(cè)得結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),隨著調(diào)制頻率的增加,調(diào)制后的激光輸出功率略有增加,主要是因?yàn)殡S著調(diào)制頻率的增加,在每一次調(diào)制串對(duì)自由運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖調(diào)制輸出時(shí),因而調(diào)制后的單脈沖能量有所下降.為研究雙聲光Q開關(guān)對(duì)大功率激光的關(guān)斷特性，采用脈沖氙燈泵浦Nd:YAG激光器。 10: Qswitch driver。 11光電探測(cè)器12示波器Fig 41. Principal setup, showing the laser, consisting of one pump chamber and two AOQswitch. 1,2: cavity mirror。 3: 聲光Q開關(guān)。s圖321 5個(gè)脈沖的調(diào)制波形fig 321 5pulses modulation wave shape2由10個(gè)脈沖組成的外觸發(fā)脈沖序列：由100微秒的高電平與10個(gè)脈寬均為20微秒的方波組成，其低電平與高電平的寬度各為10微秒，其脈沖組的總寬度為300微秒，圖322 10個(gè)脈沖的調(diào)制波形fig 322 10 pulses modulation wave shape：1． 連續(xù)三次按下SHIFT+ARBEDIT組合鍵，清除原有波形，LED顯示屏幕提示選擇編碼方式，我們選擇VECTOR方式編碼。在另一支路上，作為快Q開關(guān)的聲光器件的開關(guān)也會(huì)引入為兩部分時(shí)間延遲，一部分是與高頻電路的開斷時(shí)間ts1,一般為1181。從而引入以下附加延遲：（1）由充放電回路引入的附加延遲。R1上的脈沖電壓可以用來觸發(fā)可控硅元件。于是，在電容C上得到鋸齒波電壓，在電阻R1上得到脈沖電壓輸出，改變R3或C，可改變電容充放電的快慢。如圖314所示為單結(jié)晶體管馳張振蕩電路。燈觸發(fā)電路圖313 高低壓并用的預(yù)燃電路fig 313 circuit of the preignition with high voltage and low voltage +300V+1000V原理如下：觸發(fā)電離后，預(yù)燃直流高壓經(jīng)限流電阻維持燈的小電流輝光放電，為保證儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)正常充電，預(yù)燃的燈與儲(chǔ)能我絡(luò)之間加一放電開關(guān)，放電開關(guān)截止時(shí)，預(yù)燃燈與儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)隔離，儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)充電；當(dāng)放電開關(guān)接通時(shí)，儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)對(duì)燈放電。A． 外觸發(fā)：電源+E經(jīng)R向C充電，當(dāng)SCR導(dǎo)通時(shí)，C上儲(chǔ)能經(jīng)升壓變壓器T的初級(jí)放電，在T的次級(jí)得到觸發(fā)高壓，此高壓加至繞于燈管的金屬絲或金屬聚光腔。工作電流為Iin=,P0為輸出功率，Im為逆變電路中峰值電流。當(dāng)采用預(yù)燃技術(shù)，燈觸發(fā)后，預(yù)燃電路為燈提供一小電流，使燈維持導(dǎo)通狀態(tài)，脈沖放電靠放電回路中串入放電開關(guān)控制。冷卻和濾光可以消除一部分熱效應(yīng)，補(bǔ)償熱致力雙折射和退偏效應(yīng)的基本原理是使沿棒的徑向和切向偏振分量的光通過棒和光學(xué)元件后有相同的相位延遲，這可用偏振旋轉(zhuǎn)方法來實(shí)現(xiàn),[10,11,13,16]即在一個(gè)激光振蕩器中有兩根性能相同的相位延遲，可在兩根棒中間放置一個(gè)90度石英偏振分旋轉(zhuǎn)器。泵浦燈的寬帶泵浦光中,分布在紫外和紅外譜帶的成分被基質(zhì)吸收后轉(zhuǎn)變成熱.脈沖工作時(shí)棒狀固體激光器的瞬態(tài)溫度分布T(t,r)和熱焦距f.有體熱源(單位時(shí)間注入單位體積內(nèi)熱量Q≠0,)單脈沖泵浦: [0,t] (329) [t, tp] (330) [0,t] (331) [t, tp] (332)周期性泵浦[0,Δt] (334)[Δt,tp] (335)[0,Δt] (336)[Δt,tp] (337)對(duì)脈沖固體激光器的熱效應(yīng)物理上可作如下定性理解：在單脈沖泵浦下，激光棒受熱形變的溫度分布是一個(gè)隨時(shí)間變化的瞬態(tài)過程。與P0點(diǎn)相應(yīng)角a0和θ0是分別從燈和棒的軸線處測(cè)量的，P0點(diǎn)可用來區(qū)分放大和縮小區(qū)，在P0這點(diǎn)上，橢圓產(chǎn)生的燈像，恰好充滿晶體的直徑。在直管燈和有棒放在橢圓柱腔的焦點(diǎn)上的結(jié)構(gòu)中，泵浦源通常認(rèn)為是具有朗伯輻射型的圓柱形輻射體，即這種光源從任何點(diǎn)上觀察它時(shí)，在橫斷面上的亮度都是一樣的。由于激光工作物質(zhì)和泵浦燈都安裝在聚光腔內(nèi)，合理設(shè)計(jì)聚光腔是決定固體激光器工作性能的重要條件之一。諧振腔光束參數(shù)的計(jì)算在圖32中，設(shè)M1處的基模束腰半徑為ω01，將圖2中的諧振腔等效于一空腔，單程矩陣為 (36) 比較知： M1處的基模束腰半徑ω01表示為 (37)在穩(wěn)區(qū)內(nèi)，d取不同值計(jì)算ω01，限于聚光腔外型尺寸（長(zhǎng)約270mm），d取太小無意義，所以dmin=100mm，當(dāng)d=f時(shí)，ω01有最大值，在df,df時(shí)，對(duì)應(yīng)ω01的值應(yīng)相等。對(duì)大多數(shù)激光工作質(zhì)來說，適當(dāng)結(jié)構(gòu)的諧振腔對(duì)激光的產(chǎn)生是必不可少的，它的作用在于提供光學(xué)正反饋，以便在腔內(nèi)建立和維持自激振蕩。162。0I162。Fig 21 the unpolarized light through the two vertical sound field whose light intensity is I0,the light intensity of 0 level is I162。在大功率Nd:YAG激光器腔內(nèi)，加入兩超聲場(chǎng)正交的聲光Q開關(guān)器件，使原來平行和垂直的兩部分偏振光都能垂直于聲波波面通過介質(zhì)，充分利用器件大的聲光優(yōu)質(zhì)，減小光偏振態(tài)對(duì)衍射光的影響，提高聲光Q開關(guān)在腔內(nèi)的衍射效率。設(shè)在聲光介質(zhì)中，向相對(duì)方向傳播的兩組聲波（波長(zhǎng)、相位和振幅均相同）的方程為 (22)應(yīng)用疊加原理，得到合成的聲波方程為 (23)上式說明，相對(duì)傳播的兩組聲波振蕩的疊加會(huì)產(chǎn)生一種新波，其振幅為，在z軸上各點(diǎn)不同，但是振蕩相位在z 軸上各點(diǎn)均相同，即不隨空間位置變化，所以這種波稱為聲駐波。當(dāng)光波通過此介質(zhì)時(shí)，就會(huì)被介質(zhì)中的彈性波所衍射，這稱為彈光效應(yīng)。目前，國(guó)際上仍未有100W以上平均功率，高光束質(zhì)量脈沖聲光調(diào)Q列Nd:YAG激光的報(bào)道。由于其具有高的峰值功率和重復(fù)頻率，大大提高了打孔的質(zhì)量和效率。[19]轉(zhuǎn)盤式斬波調(diào)制[7]是90年代初期，國(guó)內(nèi)一些航空工藝研究單位所采用的一種新裝置，在固體激光器諧振腔內(nèi)的適當(dāng)位置，安裝一個(gè)缺口轉(zhuǎn)盤，高速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)激光輸出時(shí)，它將原來一個(gè)長(zhǎng)脈寬 （大于1毫秒），脈沖能量為50焦耳的釹玻璃激光器的較平緩波形的激光脈沖波形，分割為幾個(gè)獨(dú)立的短脈寬尖峰狀的小脈沖輸出。脈沖寬度為幾十納秒，峰值功率可達(dá)幾十兆瓦。最常用的方法是采用自由運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖YAG激光[15,26]，其平均功率為350500W，重復(fù)頻率為3050赫茲，脈沖能量為10J，脈寬為豪秒，根據(jù)工業(yè)中的平均數(shù)據(jù)，環(huán)切一個(gè)孔的平均時(shí)間為410秒，單孔消耗能量為12001600焦耳，再鑄層厚度為100微米。但由于存在著加工出的孔形質(zhì)量差，重復(fù)性低，孔的錐度大，同時(shí),激光打孔過程是一個(gè)高速熱沖擊過程,在此過程中,脈沖激光束攜帶的高密度能量快速集中在葉片上的很小范圍內(nèi)(),此范圍內(nèi)的材料瞬間液化基至氣化而噴出,沖擊點(diǎn)周圍熱應(yīng)力梯度很大,伴隨著材料的局部徑向膨脹和壓縮,經(jīng)過這一過程,對(duì)孔的邊緣而言,而以沖擊點(diǎn)為中心的急劇徑向脹縮也會(huì)導(dǎo)致沿徑向分布的殘余應(yīng)而導(dǎo)致在孔壁上存在再鑄層和裂紋等問題，這對(duì)于象飛機(jī)燃燒室及發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是極為不利的，應(yīng)當(dāng)盡量避免，否則會(huì)在很大程度上影響工件的使用壽命。從發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低的部位引入冷空氣。第1章 緒論脈沖激光聲光調(diào)Q系統(tǒng)畢業(yè)論文摘 要 3ABSTRACT 4第1章 緒論 5 5 5 6 9第2章 聲光調(diào)Q理論分析 10 10 聲光調(diào)Q 13 聲光調(diào)Q基本原理 13 雙聲光調(diào)Q開關(guān)的衍射損耗分析 14第3章 脈沖激光聲光調(diào)Q系統(tǒng) 18 激光器的結(jié)構(gòu) 18 諧振腔的設(shè)計(jì) 18 脈沖激光器最佳透射率 21 23 27 27 31 31 33 氣體放電燈的觸發(fā)、預(yù)燃及放電開關(guān) 35 39 40 41 46第4章 實(shí)驗(yàn)研究 47 47 聲光器件關(guān)斷能力的實(shí)驗(yàn) 50 聲光調(diào)制激光輸出的脈寬 50 52 54 56 57 59 60 60 61 61結(jié) 論 64附錄1 參考文獻(xiàn) 65附錄2攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文 68附