一種高重頻雙腔準分子激光器放電同步控制系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于雙腔準分子激光器技術領域，具體涉及一種雙腔準分子激光器放電同步控制系統和方法，特別適用于高重頻雙腔準分子激光器。
【背景技術】
[0002]采用雙腔結構的準分子激光器中一個腔稱之為主振蕩腔(MO腔)，另一個稱之為放大腔(PA腔)。MO腔產生的種子光需要在時序上精確地(抖動小于±5ns)傳到PA腔，此時PA腔放電激勵將來自于MO腔的種子光能量放大。因此這就需要對兩個放大腔的放電時序進行精確地控制。對于雙腔準分子激光電源來講，對腔體實現同步放電，就需要有雙腔準分子激光器同步控制技術把雙腔放電抖動控制在±5ns之內。雙腔準分子激光器放電抖動主要是由(I)雙腔電源起始放電電壓抖動、⑵放電腔內的隨機抖動、⑶放電時電源的固有抖動和(4)雙腔電源溫度抖動和腔內氣壓波動四部分組成。其中第(4)部分問題的解決依賴于雙腔準分子同步控制技術。也就是說，對于雙腔準分子激光器的電源來講，需要采用雙腔準分子激光器同步技術將雙腔放電抖動控制在±5ns之內才可以實現兩個腔體的同步放電。
[0003]實現雙腔放電抖動小于±5ns的前提是雙腔放電電源本身放電抖動要有較高的指標，否則只是通過同步控制模塊控制放電時序不能使電源抖動指標達到放電要求。
【發明內容】
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]本發明所要解決的是使雙腔準分子激光器的雙腔放電抖動小于±5ns，以滿足準分子激光器的能量放大要求。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為解決上述技術問題，本發明提出一種雙腔準分子激光器放電同步控制系統，所述激光器包括MO腔和PA腔，該MO腔和PA腔分別配有第一電源和第二電源，所述系統包括延時測量單元、主控單元延時輸出單元、第一時序采集單元、第二時序采集單元和狀態采集單元，其中，所述第一時序采集單元和第二時序采集單元分別用于采集所述MO腔和PA腔的脈沖放電信號；所述延時測量單元根據所述第一時序采集單元和第二時序采集單元采集的脈沖放電信號獲得所述MO腔和PA腔之間的出光延時值；所述狀態采集單元用于采集所述MO腔和PA腔的狀態信息；所述主控單元用于根據所述MO腔和PA腔之間的實際采集的出光延時值、延時設定值和狀態采集單元采集的所述狀態信息，執行閉環控制算法，獲得雙腔放電延時的更新值，并將該值送給所述延時輸出單元；所述延時輸出單元用于接受所述主控單元送來的所述雙腔放電延時的更新值，同時把來自上位機的觸發脈沖分為對應于所述雙腔放電延時的更新值的兩個脈沖輸出給所述第一電源和第二電源以觸發該二電源進行放電。
[0008]根據本發明的【具體實施方式】，所述延時測量單元包括阻抗匹配模塊、積分和前置放大模塊、延時測量模塊和延時輸出模塊，所述阻抗匹配模塊接收所述第一時序采集單元和第二時序采集單元采集的脈沖放電信號，用于進行阻抗匹配以保證信號完整性和避免信號的衰減；所述積分和前置放大模塊用于對信號進行積分和放大，得到兩路標準的脈沖方波信號，并輸出到所述延時測量模塊；延時測量模塊用于測量所述積分和前置放大模塊輸出的兩路脈沖方波信號的延時值，然后將該延時值傳送給所述延時輸出模塊；所述延時輸出模塊用于將所述延時值輸出給所述主控單元2。
[0009]根據本發明的【具體實施方式】，所述延時輸出單元包括一個可編程延時模塊、兩個固定延時模塊和兩個脈沖觸發輸出模塊；所述可編程延時模塊通過串口接收主控單元更新的延時值并輸出兩個更新后延時值的兩個脈沖信號，然后分別將其傳送到所述兩個固定延時模塊；所述兩個固定延時模塊用于修正雙腔系統固有的延時誤差；所述兩個脈沖觸發輸出模塊用于分別接收固定延時模塊的脈沖輸出，將電脈沖轉換為光脈沖，觸發第一電源和第二電源放電。
[0010]根據本發明的【具體實施方式】，所述主控單元包括第一單片機和第二單片機，兩個單片機之間用雙口 RAM通訊；第一單片機主要負責延時信號的輸出和延時控制算法的實現；第二單片機負責電源狀態檢測和與上位機通訊。
[0011]本發明還提出一種雙腔準分子激光器放電同步控制方法，所述激光器包括MO腔和PA腔，該MO腔和PA腔分別配有第一電源和第二電源，其特征在于，所述方法包括如下步驟:S1、分別用于采集所述MO腔和PA腔的脈沖放電信號；S2、根據所述脈沖放電信號獲得所述MO腔和PA腔之間的出光延時值；S3、所述狀態采集單元用于采集所述MO腔和PA腔的狀態信息；S4、根據所述MO腔和PA腔之間的出光延時值、延時設定值和狀態采集單元采集的所述狀態信息，執行閉環控制算法，獲得雙腔放電延時的更新值；S5、把來自上位機的觸發脈沖分為對應于所述雙腔放電延時的更新值的兩個脈沖輸出給所述第一電源和第二電源以觸發該二電源進行放電。
[0012](三)有益效果
[0013]本發明能夠消除溫度漂移和雙腔準分子激光器的腔內壓強的變化對電源同步放電的影響，實現雙腔放電抖動小于±5ns。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的雙腔準分子激光器放電同步控制系統的結構示意圖；
[0015]圖2是本發明的延時測量單元的原理框圖；
[0016]圖3是本發明的主控單元的控制算法的邏輯示意圖；
[0017]圖4本發明的延時輸出單元3原理圖；
[0018]圖5是本發明的一個具體實施例的雙腔準分子激光器放電同步控制系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如前所述，雙腔準分子激光器放電抖動主要包括(I)雙腔電源起始放電電壓抖動、(2)放電腔內的隨機抖動、(3)放電時電源的固有抖動、(4)雙腔電源溫度和腔內氣體壓力抖動。其中，雙腔電源起始放電電壓抖動可以共用一個大功率源供電的方式解決。放電時電源的固有抖動和放電腔內的隨機抖動屬于不可控因素，但放電抖動較小。本發明所要要解決的是第(4)部分抖動，即雙腔電源的溫漂和腔內氣體壓力變化引起的抖動。
[0020]雙腔電源低抖動設計方案的基本思想是:兩個腔的放電電源都是同時由精度小于I %。的直流充電電源充電。把雙腔電源的開環放電時序抖動限制在一個很小的范圍內。再通過雙腔電源同步方法提升放電抖動指標。
[0021]本發明的雙腔準分子激光器放電同步控制系統適用于準分子激光器，激光器包括MO腔和PA腔，MO腔和PA腔分別配有第一電源和第二電源。放電同步控制系統包括延時測量單元、主控單元、延時輸出單元、第一時序采集單元、第二時序采集單元和狀態采集單元，第一時序采集單元和第二時序采集單元分別用于采集MO腔和PA腔的脈沖放電信號；延時測量單元根據第一時序采集單元和第二時序采集單元采集的脈沖放電信號獲得MO腔和PA腔之間的出光延時值；狀態采集單元用于采集MO腔和PA腔的狀態信息；主控單元用于根據MO腔和PA腔之間的實際采集的出光延時值、延時設定值和狀態采集單元采集的狀態信息，執行閉環控制算法，獲得雙腔放電延時的更新值，并將該值送給延時輸出單元；延時輸出單元用于接受主控單元送來的雙腔放電延時的更新值，同時把來自上位機的觸發脈沖分為對應于雙腔放電延時的更新值的兩個脈沖輸出給第一電源和第二電源以觸發該二電源進行放電。
[0022]相應的，本發明提出的雙腔準分子激光器放電同步控制方法包括如下步驟:S1、分別用于采集MO腔和PA腔的脈沖放電信號；S2、根據脈沖放電信號獲得MO腔和PA腔之間的出光延時值；S3、狀態采集單元用于采集MO腔和PA腔的狀態信息；S4、根據MO腔和PA腔之間的出光延時值、延時設定值和狀態采集單元采集的狀態信息，執行閉環控制算法，獲得雙腔放電延時的更新值；S5、把來自上位機的觸發脈沖分為對應于雙腔放電延時的更新值的兩個脈沖輸出給第一電源和第二電源以觸發該二電源進行放電。
[0023]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0024]雙腔準分子激光電源通過高壓快脈沖激勵氣體放電從而產生激光輻射輸出。每個腔體的激勵電源功率大約都在20-50kW之間，如此大功率電源的放電散出熱的熱量對雙腔電源放電時序影響較大。從電源啟動到穩定工作，由于溫度影響而帶來的雙腔延時可達幾十納秒。
[0025]圖1是本發明的雙腔準分子激光器放電同步控制系統的結構示意圖。如圖1所示，激光器包括MO腔和PA腔，MO腔和PA腔分別配有第一電源和第二電源。放電同步控制系統包括延時測量單元1、主控單元2、延時輸出單元3、第一時序采集單元4a、第二時序采集單元4b和狀態采集單元5。上述各單元構成了放電抖動的閉環采集和控制系統。
[0026]第一時序采集單元4a和第二時序采集單元4b分別用于采集MO腔和PA腔的脈沖放電信號。
[0027]延時測量單元I根據第一時序采集單元4a和第二時序采集單元4b采集的放電波形和時序信息獲得MO腔和PA腔之間的出光延時值。
[0028]狀態采集單元5用于采集MO腔和PA腔的狀態信息。
[0029]主控單元2可以由DSP或單片機實現，用于根據MO腔和PA腔之間的實際采集的出光延時值、延時設定值和狀態采集單元5采到的MO腔和PA腔的狀態信息，執行閉環控制算法，獲得雙腔放電延時的更新值，并將該值送給所述延時輸出單元3。
[0030]延時輸出單元3以8位并口的形式接受主控單元2送來雙腔放電延時的更新值，同時把來自上位機的觸發脈沖分為對應于所述雙腔放電延時的更新值的兩個脈沖輸出給第一電源和第二電源以觸發該二電源放電。
[0031]其中，第一時序采集單元4a和第二時序采集單元4b可以采用光電二極管的方式，也可以采用高