简单的光泵远红外激光功率稳定系统

光泵远红外激光功率稳定系统是一种为了确保激光输出功率稳定而设计的控制系统，它能够有效地控制输出功率的波动，在半小时内的功率漂移范围为2～3%。这种稳定性对于某些应用来说是至关重要的，比如电缆缺陷检测、半导体材料研究、远红外光学元器件性能测量等。由于远红外激光功率受多种因素影响，包括激励源波长、功率、远红外腔长、工作物质气压等，所以会出现较大的功率起伏。 在光泵远红外激光器中，光束通常由002激光泵浦工作物质产生，例如二氧化碳激光器，它的输出功率波动较大。为了稳定远红外激光的输出，一般采用自控环路的方法，但这种方式的系统复杂度较高，且稳定效果并不理想。另一种方法是建立一个单纯的功率稳定环路，通过调节压电陶瓷来改变002激光腔长，进而控制远红外激光输出功率。这种方法相对简单且安全，但会牺牲输出频率的稳定性。 文章中提出了一种简单的光泵远红外激光功率稳定系统的方框图，详细描述了系统闭环方程和功率稳定原理。环路工作点附近的参数α_和α_可以视为常数，闭环方程体现了输入功率变化和误差信号反馈之间的关系。闭环后的功率PR、输入功率Pno、光电转换系数D、基准电压、差分放大器及高压放大器的增益都与方程的解有关。此外，还讨论了远红外输出功率与二氧化碳激光功率的关系，以及压电陶瓷在远红外腔长调节中的应用。 系统设计时考虑了多个控制参数，如002激光功率、远红外激光功率以及两者之间的关系。在设计闭环系统时，重点是选择合适的控制参数，如激光腔长，以及处理好校正网络、反馈环路和增益分配等问题。系统的主要挑战是如何在保证功率稳定的同时，尽可能减少对频率稳定性的干扰。 系统中还讨论了一种跳变现象，即在特定条件下，系统可能出现的不稳定性。文章通过分析不同区域的功率变化情况，对环路稳定性进行了讨论。比如，在BQ区域中，功率变化曲线与其它区域（AO和BO）表现不同。在AO和BO区域中，功率变化曲线呈单调上升或下降趋势，在BQ区域则不然。系统通过设置合适的换向开关和反馈策略，确保了负反馈系统的稳定性。 系统实现的方法包括使用热释电接收器将远红外激光功率转换为直流电压，之后与标准基准电压进行比较。比较得到的误差信号通过高压放大器后，输入到002激光腔的压电陶瓷上，以此来调节激光腔长，进而稳定远红外输出功率。系统中所用的压电陶瓷是一种可以方便调节腔长的元件，尽管这可能会导致输出频率的不稳定。 文中还提到了系统设计的多个关键组成部分，例如差分放大器、高压放大器、002激光器、远红外激光器等。所提到的002激光器具有2米长的腔体和约10瓦的输出功率，而远红外激光器的腔长是1.25米，内部充填150至200毫托的甲醇气体。这种工作物质的选择是为了达到毫瓦级别的远红外输出功率。远红外激光器的工作物质气压是影响功率稳定性的一个重要因素，通过精细调节腔体长度，可以稳定激光输出功率。 文章描述的是一种有效的远红外激光功率稳定技术，它通过一套简化的控制系统来实现对激光输出功率的稳定控制，并且能够处理系统中出现的稳定性和跳变问题。通过选择合适的控制参数和反馈机制，这种简单的光泵远红外激光功率稳定系统实现了对输出功率的精确控制，使其在要求严格的应用场景下得到了实际应用。