固體激光器因其輸出能量高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)在工業(yè)加工、激光雷達(dá)、光電對(duì)抗、空間通信等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。激光介質(zhì)內(nèi)部的泵浦能量分布及溫度分布是影響固體激光器性能的重要因素。板條狀增益介質(zhì)能夠有效地增加泵浦面積，同時(shí)增大其自身的散熱面積，提高介質(zhì)溫度分布的均勻性，進(jìn)而提高激光器的輸出能量和光束質(zhì)量。本課題提出全腔水冷輻射板條固體激光器的新方案，與傳統(tǒng)的側(cè)面冷卻方式相比，廠家水冷光固機(jī)，該方案中介質(zhì)浸泡在冷卻所用純凈水中，側(cè)面與端面同時(shí)進(jìn)行水冷，冷卻效果更加均勻。本課題采用8板條輻射狀介質(zhì)結(jié)構(gòu)，鑫達(dá)水冷光固機(jī)，多板條共用一個(gè)諧振腔，結(jié)構(gòu)緊湊，并能夠在遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)多光束合成，利用全腔水冷方式能夠達(dá)到更均勻高效的冷卻效果，獲得較高的輸出能量和較好的光束質(zhì)量。
本文對(duì)近年來板條固體激光器的國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展情況以及多光束合成技術(shù)和發(fā)展進(jìn)行總結(jié)，對(duì)板條介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，對(duì)比分析了激光相干合成與非相干合成的區(qū)別，并對(duì)多光束的合成以及合成光束的衍射理論進(jìn)行了計(jì)算推導(dǎo)。根據(jù)理論研究提出了全腔水冷方案，利用三維繪圖軟件設(shè)計(jì)了全腔水冷輻射板條固體激光器系統(tǒng)，然后利用軟件對(duì)激光器組裝過程進(jìn)行模擬，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。對(duì)激光器輸出光束質(zhì)量評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了理論分析，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中遠(yuǎn)場(chǎng)光斑特征選取

激光器水冷機(jī)是提供循環(huán)冷卻水為激光器進(jìn)行降溫的設(shè)備。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光在工業(yè)、、國(guó)防等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體激光器(LD)由于具有輸出光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為固態(tài)激光器的一個(gè)重要種類。但是半導(dǎo)體激光器自身產(chǎn)生的熱量嚴(yán)重影響著出光波長(zhǎng)、輸出功率等輸出特性，進(jìn)而影響半導(dǎo)體激光器的控制精度和使用壽命，水冷光固機(jī)，因此需要對(duì)半導(dǎo)體激光器的溫度變化進(jìn)行嚴(yán)格控制。本課題的以中小功率的半導(dǎo)體激光器的水冷機(jī)為研究對(duì)象，水冷機(jī)采用AT89S52芯片為核心控制器件，采用數(shù)字式溫度傳感器為測(cè)溫元件，利用了通過改變電流大小和方向來實(shí)現(xiàn)制冷和加熱的半導(dǎo)體致冷器作為系統(tǒng)執(zhí)行元件，在控制原理方面，采取了模糊理論和PID控制相結(jié)合的方法，利用模糊理論對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定。本主要包括以下幾個(gè)方面:，簡(jiǎn)述了溫度對(duì)半導(dǎo)體激光器輸出特性的影響，介紹了國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體激光器的溫度控制的研究進(jìn)展?fàn)顩r。第二，采用模糊理論和PID控制相結(jié)合的方法，利用模糊推理對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定，首先，以臨界比例度法確定PID參數(shù)的初始值，其次，以實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度之間的偏差以及偏差變化作為水冷機(jī)控制器的輸入，根據(jù)PID各個(gè)參數(shù)與偏差和偏差變化之間的模糊關(guān)系實(shí)時(shí)調(diào)整PID控制中的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間。第三，水冷光固機(jī)電話，分別對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包括溫度數(shù)據(jù)的檢測(cè)和顯示、控制算法的實(shí)現(xiàn)和半導(dǎo)體制冷器的驅(qū)動(dòng)等，并對(duì)系統(tǒng)的抗干擾問題經(jīng)行了研究。第四，搭建半導(dǎo)體激光器水冷機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)中小功率的半導(dǎo)體激光器進(jìn)行了多次的溫度控制實(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)驗(yàn)研究表明:本系統(tǒng)在10℃～40℃范圍內(nèi)，測(cè)量分辨率高于0.1℃，控制精度高于0.2℃，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間大約是3分鐘。本課題為中小功率半導(dǎo)體激光器的溫度控制提供了一個(gè)可行的解決方案。

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