強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置,該裝置包括光電隔離模塊和與其連接的干擾屏蔽模塊，用于濾除高壓漏電和噪聲干擾的影響，所述光電隔離模塊包括電光轉(zhuǎn)換器和光電轉(zhuǎn)換器，該電光轉(zhuǎn)換器與光電轉(zhuǎn)換器之間通過光傳輸線連接；所述干擾屏蔽模塊包括光隔離開關(guān)和與其連接的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器。本發(fā)明能使得強(qiáng)激光系統(tǒng)接受外部控制系統(tǒng)提供的正確信號(hào)，而不是高壓放電產(chǎn)生的干擾噪聲，并保證相關(guān)外部控制系統(tǒng)對(duì)強(qiáng)激光器進(jìn)行觸發(fā)而不會(huì)受到干擾，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光系統(tǒng)不受高壓放電干擾而正常運(yùn)行。
【專利說明】強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及強(qiáng)激光系統(tǒng)的控制裝置，特別是涉及強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]飛秒超強(qiáng)激光是近十年來激光技術(shù)和強(qiáng)場物理學(xué)研究中的活躍領(lǐng)域，激光輻射效應(yīng)及破壞機(jī)理研究、激光慣性約束核聚變等研究成果展示了飛秒超強(qiáng)激光在軍事及民用中的廣闊應(yīng)用前景。在太瓦級(jí)飛秒激光放大裝置中，一般都需要大能量的脈沖泵浦源，這些泵浦激光器基本上都是由氙燈泵浦的，而氙燈的點(diǎn)燃需要的是高壓電脈沖。對(duì)于激光脈沖能量為焦耳級(jí)的泵浦源，所用氙燈的高壓電脈沖至多幾百伏，只要能把高壓脈沖的產(chǎn)生源、輸電線以及氙燈做好屏蔽，這個(gè)脈沖高壓所造成的電子干擾基本上是可以避免的。不過對(duì)于脈沖能量為上百焦耳的泵浦源，其所用氙燈的脈沖電壓則高達(dá)上萬伏，如此高的電壓只做簡單的屏蔽是行不通的，而是必須采取多種措施來盡可能的減小高壓放電對(duì)其它儀器設(shè)備造成的電子干擾。
[0003]首先高壓電源最好單獨(dú)供電，它的地線必須是專用的而且要良好接地。電源一般是有機(jī)箱的，除此之外，最好把所有的高壓電源裝置放置在一個(gè)具有電磁屏蔽作用的獨(dú)立小房間內(nèi)。傳輸線必須是專用的高壓電纜線，因?yàn)樗仨毮軌虺惺軜O高的瞬間電流，因而必須具有良好的導(dǎo)電率。正負(fù)極電纜線傳輸途中必須相互交織，且要放置在具有電磁屏蔽作用的鋼管中。氙燈是放置在激光器內(nèi)的，因而激光器的機(jī)箱也必須具有良好的屏蔽作用。高壓傳輸途中的所有接線柱處的電阻必須盡可能的小，否則很容易導(dǎo)致發(fā)熱，進(jìn)而因氧化而使得電阻進(jìn)一步升高，直至融化而造成接觸不良，接觸不良的接線柱在高壓電脈沖經(jīng)過時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生極高的電磁輻射，這是極其不利的，應(yīng)堅(jiān)決避免。以上所介紹的只是一些最為基本的措施，更為專業(yè)的措施必須由高壓電源和泵浦激光器生產(chǎn)制造方完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)以上所述的含有高壓電的泵浦激光器，本發(fā)明提供一種適用于強(qiáng)激光系統(tǒng)的通信和控制裝置，以保證強(qiáng)激光系統(tǒng)接受外部控制系統(tǒng)提供的正確信號(hào)而不是高壓放電產(chǎn)生的干擾噪聲，并保證相關(guān)外部控制系統(tǒng)對(duì)強(qiáng)激光器進(jìn)行觸發(fā)而不會(huì)受到干擾，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光系統(tǒng)不受高壓放電干擾而正常運(yùn)行。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
[0006]強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置，該裝置包括光電隔離模塊和與其連接的干擾屏蔽模塊，用于濾除高壓漏電和噪聲干擾的影響，所述光電隔離模塊包括電光轉(zhuǎn)換器和光電轉(zhuǎn)換器，該電光轉(zhuǎn)換器將接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后通過光傳輸線傳給光電裝換器；所述干擾屏蔽模塊包括光隔離開關(guān)和與其連接的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器。
[0007]所述光隔離開關(guān)包括相互連接的輸入端、第一觸發(fā)端和第一輸出端，所述第一觸發(fā)端控制該輸入端與第一輸出端的連通或斷開，用以觸發(fā)所述單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器。
[0008]所述單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器包括相互連接的第二輸出端、反相輸出端和第二觸發(fā)端，所述反相輸出端和所述觸發(fā)端連接，用于控制所述第一輸出端的脈沖輸出。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010]本發(fā)明能使得強(qiáng)激光系統(tǒng)接受外部控制系統(tǒng)提供的正確信號(hào)，而不是高壓放電產(chǎn)生的干擾噪聲，并保證相關(guān)外部控制系統(tǒng)對(duì)強(qiáng)激光器進(jìn)行觸發(fā)而不會(huì)受到干擾，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光系統(tǒng)不受高壓放電干擾而正常運(yùn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1:光電隔離模塊和干擾屏蔽模塊的連接原理圖；
[0012]圖2:光電隔離模塊工作原理圖；
[0013]圖3:干擾屏蔽模塊工作原理圖；
[0014]圖4:實(shí)施例1的工作原理圖；
[0015]圖5:實(shí)施例1中的同步控制系統(tǒng)I輸出的含有噪聲干擾的信號(hào)；
[0016]圖6:TLP521芯片管腳圖；
[0017]圖7:HCF4098芯片管腳圖；
[0018]圖8:實(shí)施例1中光電隔離模塊和干擾屏蔽模塊中各主要元件的連接圖；
[0019]圖9:圖5中的信號(hào)經(jīng)過光電隔離模塊后輸出的信號(hào)；
[0020]圖10:實(shí)施例1中各信號(hào)的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示為光電隔離模塊和干擾屏蔽模塊的連接原理圖，本發(fā)明強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置包括光電隔離模塊和與其連接的干擾屏蔽模塊，用于濾除高壓漏電和噪聲干擾的影響，所述光電隔離模塊包括電光轉(zhuǎn)換器和光電轉(zhuǎn)換器，該電光轉(zhuǎn)換器將接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后通過光傳輸線傳給光電裝換器；所述干擾屏蔽模塊包括光隔離開關(guān)和與其連接的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器。
[0022]所述光電隔離模塊的作用之一是將光電轉(zhuǎn)換器及后面的電路部分與內(nèi)有高壓的儀器通過光傳輸線徹底隔離開來，二是為了限制干擾噪聲的幅度:無論進(jìn)入電光轉(zhuǎn)換器的干擾噪聲的幅度有多高，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器新產(chǎn)生的信號(hào)中所包含的干擾噪聲的幅度再高也不會(huì)超過有用觸發(fā)脈沖的幅度。上述干擾屏蔽模塊的作用是濾除干擾噪聲，無論噪聲有無，幅度或大或小，單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器的輸出端始終提供與儀器輸出的有用的觸發(fā)信號(hào)完全同步的干凈脈沖輸出，供儀器使用。
[0023]如圖2為光電隔離模塊工作原理圖,所述光電隔離模塊包括電光轉(zhuǎn)換器、光傳輸線、光電轉(zhuǎn)換器。端口 A和端口 B分別代表兩臺(tái)儀器A和B的輸出輸入端口，端口 A輸出的電信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的光信號(hào)通過光傳輸線后再由光電轉(zhuǎn)換器接收，輸出的電信號(hào)最終輸入端口 B。利用這種信號(hào)連接方式，儀器A與儀器B之間不存在連通的電纜線(電源線除外)，無論其中哪臺(tái)儀器內(nèi)存在高壓，都不會(huì)因漏電對(duì)另一臺(tái)造成損傷；而且，假如儀器B帶有高壓電，當(dāng)其快速放電時(shí)，端口 A的輸出信號(hào)不會(huì)因此而受到干擾。
[0024]如圖3為干擾屏蔽模塊工作原理圖，所述干擾屏蔽模塊包括光隔離開關(guān)和單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器。其中光隔離開關(guān)包括輸入端1、觸發(fā)端2、輸出端3，單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器包括觸發(fā)端4、輸出端5、反相輸出端6。當(dāng)觸發(fā)端2的輸入為高電平時(shí),輸入端I和輸出端3是連通的，否則是斷開的，輸入端I和輸出端3之間是光隔離開的。當(dāng)觸發(fā)端4的輸入信號(hào)出現(xiàn)上升沿(根據(jù)不同的設(shè)置，也可以是下降沿)時(shí)，輸出端5和反相輸出端6會(huì)有相應(yīng)的脈沖輸出(其中輸出端5輸出脈沖為高電平，反相輸出端6為低電平，它們脈沖寬度相等，均可調(diào))。
[0025]端口 C和端口 D分別代表兩臺(tái)儀器C和D的輸出輸入端口，若儀器C內(nèi)帶有高壓，當(dāng)其快速放電時(shí)，假如其輸出端口受到了干擾，輸出信號(hào)包括有用的觸發(fā)信號(hào)和因儀器高壓放電而產(chǎn)生的干擾噪聲脈沖，有用的觸發(fā)信號(hào)在前，干擾噪聲脈沖在后。在有用的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)入光隔離開關(guān)時(shí)，它的輸入端I和輸出端3是處于連通狀態(tài)的，有用的觸發(fā)信號(hào)經(jīng)輸入端I輸入后即刻便從輸出端3輸出，繼而觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器,使其反相輸出端6立即產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖信號(hào)，這樣光隔離開關(guān)的輸入端I和輸出端3之間便會(huì)迅速轉(zhuǎn)入斷開狀態(tài)。從有用的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)入光隔離開關(guān)的輸入端I直至輸入端I和輸出端3斷開，這個(gè)時(shí)間延遲很短，這樣干擾噪聲脈沖還沒有到達(dá)輸入端1，輸入端3便與輸出端I斷開；而單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器的反相輸出端6設(shè)定的低電平持續(xù)時(shí)間較長,在光隔離開關(guān)的輸入端I處的干擾噪聲脈沖消失較長時(shí)間后，輸入端I和輸出端3才處于連通狀態(tài)。這樣，高壓放電產(chǎn)生的干擾噪聲就徹底被屏蔽了。單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器的反相輸出端6輸出低電平脈沖時(shí),輸出端3同時(shí)也會(huì)有高電平脈沖輸出，該信號(hào)與儀器C所提供的有用的觸發(fā)信號(hào)是完全同步的，不含有干擾噪聲，可作為觸發(fā)信號(hào)進(jìn)入儀器D。
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置進(jìn)行說明。
[0027]以一套百太瓦級(jí)鈦寶石飛秒激光放大系統(tǒng)為例，所用泵浦激光器中有一臺(tái)為重復(fù)頻率1Hz、能量上百焦耳的釹玻璃激光器，該激光器中氙燈放電所需的脈沖電壓高達(dá)18千伏。如圖4所示，同步控制系統(tǒng)I中IHz的時(shí)鐘頻率信號(hào)，觸發(fā)釹玻璃激光器中的高壓放電系統(tǒng)工作以點(diǎn)燃氙燈。每當(dāng)高壓放電時(shí)，上述IHz的時(shí)鐘頻率信號(hào)時(shí)常包含有因高壓放電而產(chǎn)生干擾噪聲，如圖5所示，其中脈沖S為有用的觸發(fā)信號(hào)，而N是因儀器高壓放電而產(chǎn)生的干擾噪聲脈沖。因此不能把該信號(hào)直接通過電纜輸入到同步控制系統(tǒng)中2中觸發(fā)百太瓦級(jí)鈦寶石飛秒激光放大器中的其他儀器(包括上述泵浦激光器中的調(diào)Q系統(tǒng)等)工作，而要先后經(jīng)過光電隔離模塊和干擾屏蔽模塊濾除高壓漏電和噪聲干擾的影響，如圖4所示。
[0028]將一個(gè)電光轉(zhuǎn)換器、一條光纖、一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器依次連接起來組成光電隔離模塊，其中電光轉(zhuǎn)換器、光電轉(zhuǎn)換器需有光纖接口，并波長匹配。
[0029]利用一個(gè)光耦合芯片TLP521實(shí)現(xiàn)光隔離開關(guān)的功能，圖6為TLP521芯片管腳圖，將各個(gè)管腳做正確的連接后，就可以使之擁有如下功能:當(dāng)管腳I的輸入為高電平時(shí)，管腳3和4是連通的，否則是斷開的，管腳I與管腳3、4之間是光隔離開的。利用一個(gè)單穩(wěn)多頻振蕩芯片HCF4098實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器的功能，圖7為HCF4098芯片管腳圖，將各個(gè)管腳做適當(dāng)連接后，就可以使之擁有如下功能:當(dāng)管腳+TR的輸入信號(hào)出現(xiàn)上升沿時(shí)，管腳Q和泛便會(huì)有相應(yīng)的脈沖輸出(其中Q的輸出脈沖為高電平，泛為低電平，它們脈沖寬度相等，均可調(diào))。實(shí)現(xiàn)光隔離開關(guān)和單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器的功能后，將它們依次連接起來，進(jìn)一步地組成干擾屏蔽模塊。
[0030]上述光電隔離模塊和干擾屏蔽模塊中各主要元件的連接如圖8所示。
[0031]同步控制系統(tǒng)I所輸出的IHz觸發(fā)信號(hào)相對(duì)于頻率源的延時(shí)是可調(diào)的，在其輸出之前，將其延時(shí)做特定的設(shè)置，使得輸入光電隔離模塊的信號(hào)脈沖上升沿出現(xiàn)在釹玻璃激光器中的高壓放電時(shí)刻之前。高壓放電產(chǎn)生的干擾噪聲N約發(fā)生在有用的觸發(fā)信號(hào)S的上升沿之后約100 μ S處，如圖5所示。IHz觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過光電隔離模塊后，其輸出信號(hào)仍舊含有兩個(gè)脈沖，其中一個(gè)是有用的觸發(fā)信號(hào)SI (在前)，另一個(gè)是干擾噪聲S2 (在后)，如圖9所示，該信號(hào)接著輸入干擾屏蔽模塊。
[0032]由于HCF4098的管腳泛輸出信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間僅有毫秒量級(jí)，其它時(shí)間是處于高電平的，因而有用的觸發(fā)信號(hào)SI在進(jìn)入TLP521時(shí)，管腳3和4是處于連通狀態(tài)的，信號(hào)SI經(jīng)管腳4輸入后即刻便從管腳3輸出，繼而觸發(fā)HCF4098，使其管腳泛立即產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖信號(hào)，這樣TLP521的管腳3和4之間便會(huì)迅速轉(zhuǎn)入斷開狀態(tài)。從信號(hào)SI進(jìn)入TLP521的管腳4直至其管腳3和4斷開，這個(gè)時(shí)間延遲只有Ons左右，這樣干擾噪聲S2還沒有到達(dá)端管腳4，管腳3便與其斷開；而《4098的管腳O設(shè)定的低電平持續(xù)時(shí)間約2ms左右，也就是說，TLP521管腳4處的干擾噪聲消失較長時(shí)間后，其管腳3和4之間才處于連通狀態(tài)。這樣，高壓放電產(chǎn)生的干擾噪聲S2就徹底被TLP521給擋住了。HCF4098的管腳泛輸出低電平脈沖時(shí)，管腳Q同時(shí)也會(huì)有高電平脈沖輸出，該信號(hào)與同步控制器I所提供的IHz時(shí)鐘信號(hào)是完全同步的，它不含有干擾噪聲，可作為觸發(fā)信號(hào)進(jìn)入同步控制器2觸發(fā)百太瓦級(jí)鈦寶石飛秒激光放大器中的其他儀器工作。上述各信號(hào)的時(shí)序如圖10所示。
[0033]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置，其特征在于，該裝置包括光電隔離模塊和與其連接的干擾屏蔽模塊，用于濾除高壓漏電和噪聲干擾的影響，所述光電隔離模塊包括電光轉(zhuǎn)換器和光電轉(zhuǎn)換器，該電光轉(zhuǎn)換器將接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后通過光傳輸線傳給光電裝換器；所述干擾屏蔽模塊包括光隔離開關(guān)和與其連接的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置，其特征在于，所述光隔離開關(guān)包括相互連接的輸入端、第一觸發(fā)端和第一輸出端，所述第一觸發(fā)端控制該輸入端與第一輸出端的連通或斷開，用以觸發(fā)所述單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的強(qiáng)激光系統(tǒng)抗高壓放電干擾裝置，其特征在于，所述單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器包括相互連接的第二輸出端、反相輸出端和第二觸發(fā)端，所述反相輸出端和所述觸發(fā)端連接，用于控制所述第一輸出端的脈沖輸出。
【文檔編號(hào)】H05K9/00GK103441418SQ201310397856
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】趙環(huán) 申請(qǐng)人:北京無線電計(jì)量測試研究所