一种高重频双腔准分子激光器放电同步控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于双腔准分子激光器技术领域，具体涉及一种双腔准分子激光器放电同步控制系统和方法，特别适用于高重频双腔准分子激光器。
【背景技术】
[0002]采用双腔结构的准分子激光器中一个腔称之为主振荡腔(MO腔)，另一个称之为放大腔(PA腔)。MO腔产生的种子光需要在时序上精确地(抖动小于±5ns)传到PA腔，此时PA腔放电激励将来自于MO腔的种子光能量放大。因此这就需要对两个放大腔的放电时序进行精确地控制。对于双腔准分子激光电源来讲，对腔体实现同步放电，就需要有双腔准分子激光器同步控制技术把双腔放电抖动控制在±5ns之内。双腔准分子激光器放电抖动主要是由(I)双腔电源起始放电电压抖动、⑵放电腔内的随机抖动、⑶放电时电源的固有抖动和(4)双腔电源温度抖动和腔内气压波动四部分组成。其中第(4)部分问题的解决依赖于双腔准分子同步控制技术。也就是说，对于双腔准分子激光器的电源来讲，需要采用双腔准分子激光器同步技术将双腔放电抖动控制在±5ns之内才可以实现两个腔体的同步放电。
[0003]实现双腔放电抖动小于±5ns的前提是双腔放电电源本身放电抖动要有较高的指标，否则只是通过同步控制模块控制放电时序不能使电源抖动指标达到放电要求。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]本发明所要解决的是使双腔准分子激光器的双腔放电抖动小于±5ns，以满足准分子激光器的能量放大要求。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]为解决上述技术问题，本发明提出一种双腔准分子激光器放电同步控制系统，所述激光器包括MO腔和PA腔，该MO腔和PA腔分别配有第一电源和第二电源，所述系统包括延时测量单元、主控单元延时输出单元、第一时序采集单元、第二时序采集单元和状态采集单元，其中，所述第一时序采集单元和第二时序采集单元分别用于采集所述MO腔和PA腔的脉冲放电信号；所述延时测量单元根据所述第一时序采集单元和第二时序采集单元采集的脉冲放电信号获得所述MO腔和PA腔之间的出光延时值；所述状态采集单元用于采集所述MO腔和PA腔的状态信息；所述主控单元用于根据所述MO腔和PA腔之间的实际采集的出光延时值、延时设定值和状态采集单元采集的所述状态信息，执行闭环控制算法，获得双腔放电延时的更新值，并将该值送给所述延时输出单元；所述延时输出单元用于接受所述主控单元送来的所述双腔放电延时的更新值，同时把来自上位机的触发脉冲分为对应于所述双腔放电延时的更新值的两个脉冲输出给所述第一电源和第二电源以触发该二电源进行放电。
[0008]根据本发明的【具体实施方式】，所述延时测量单元包括阻抗匹配模块、积分和前置放大模块、延时测量模块和延时输出模块，所述阻抗匹配模块接收所述第一时序采集单元和第二时序采集单元采集的脉冲放电信号，用于进行阻抗匹配以保证信号完整性和避免信号的衰减；所述积分和前置放大模块用于对信号进行积分和放大，得到两路标准的脉冲方波信号，并输出到所述延时测量模块；延时测量模块用于测量所述积分和前置放大模块输出的两路脉冲方波信号的延时值，然后将该延时值传送给所述延时输出模块；所述延时输出模块用于将所述延时值输出给所述主控单元2。
[0009]根据本发明的【具体实施方式】，所述延时输出单元包括一个可编程延时模块、两个固定延时模块和两个脉冲触发输出模块；所述可编程延时模块通过串口接收主控单元更新的延时值并输出两个更新后延时值的两个脉冲信号，然后分别将其传送到所述两个固定延时模块；所述两个固定延时模块用于修正双腔系统固有的延时误差；所述两个脉冲触发输出模块用于分别接收固定延时模块的脉冲输出，将电脉冲转换为光脉冲，触发第一电源和第二电源放电。
[0010]根据本发明的【具体实施方式】，所述主控单元包括第一单片机和第二单片机，两个单片机之间用双口 RAM通讯；第一单片机主要负责延时信号的输出和延时控制算法的实现；第二单片机负责电源状态检测和与上位机通讯。
[0011]本发明还提出一种双腔准分子激光器放电同步控制方法，所述激光器包括MO腔和PA腔，该MO腔和PA腔分别配有第一电源和第二电源，其特征在于，所述方法包括如下步骤:S1、分别用于采集所述MO腔和PA腔的脉冲放电信号；S2、根据所述脉冲放电信号获得所述MO腔和PA腔之间的出光延时值；S3、所述状态采集单元用于采集所述MO腔和PA腔的状态信息；S4、根据所述MO腔和PA腔之间的出光延时值、延时设定值和状态采集单元采集的所述状态信息，执行闭环控制算法，获得双腔放电延时的更新值；S5、把来自上位机的触发脉冲分为对应于所述双腔放电延时的更新值的两个脉冲输出给所述第一电源和第二电源以触发该二电源进行放电。
[0012](三)有益效果
[0013]本发明能够消除温度漂移和双腔准分子激光器的腔内压强的变化对电源同步放电的影响，实现双腔放电抖动小于±5ns。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的双腔准分子激光器放电同步控制系统的结构示意图；
[0015]图2是本发明的延时测量单元的原理框图；
[0016]图3是本发明的主控单元的控制算法的逻辑示意图；
[0017]图4本发明的延时输出单元3原理图；
[0018]图5是本发明的一个具体实施例的双腔准分子激光器放电同步控制系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]如前所述，双腔准分子激光器放电抖动主要包括(I)双腔电源起始放电电压抖动、(2)放电腔内的随机抖动、(3)放电时电源的固有抖动、(4)双腔电源温度和腔内气体压力抖动。其中，双腔电源起始放电电压抖动可以共用一个大功率源供电的方式解决。放电时电源的固有抖动和放电腔内的随机抖动属于不可控因素，但放电抖动较小。本发明所要要解决的是第(4)部分抖动，即双腔电源的温漂和腔内气体压力变化引起的抖动。
[0020]双腔电源低抖动设计方案的基本思想是:两个腔的放电电源都是同时由精度小于I %。的直流充电电源充电。把双腔电源的开环放电时序抖动限制在一个很小的范围内。再通过双腔电源同步方法提升放电抖动指标。
[0021]本发明的双腔准分子激光器放电同步控制系统适用于准分子激光器，激光器包括MO腔和PA腔，MO腔和PA腔分别配有第一电源和第二电源。放电同步控制系统包括延时测量单元、主控单元、延时输出单元、第一时序采集单元、第二时序采集单元和状态采集单元，第一时序采集单元和第二时序采集单元分别用于采集MO腔和PA腔的脉冲放电信号；延时测量单元根据第一时序采集单元和第二时序采集单元采集的脉冲放电信号获得MO腔和PA腔之间的出光延时值；状态采集单元用于采集MO腔和PA腔的状态信息；主控单元用于根据MO腔和PA腔之间的实际采集的出光延时值、延时设定值和状态采集单元采集的状态信息，执行闭环控制算法，获得双腔放电延时的更新值，并将该值送给延时输出单元；延时输出单元用于接受主控单元送来的双腔放电延时的更新值，同时把来自上位机的触发脉冲分为对应于双腔放电延时的更新值的两个脉冲输出给第一电源和第二电源以触发该二电源进行放电。
[0022]相应的，本发明提出的双腔准分子激光器放电同步控制方法包括如下步骤:S1、分别用于采集MO腔和PA腔的脉冲放电信号；S2、根据脉冲放电信号获得MO腔和PA腔之间的出光延时值；S3、状态采集单元用于采集MO腔和PA腔的状态信息；S4、根据MO腔和PA腔之间的出光延时值、延时设定值和状态采集单元采集的状态信息，执行闭环控制算法，获得双腔放电延时的更新值；S5、把来自上位机的触发脉冲分为对应于双腔放电延时的更新值的两个脉冲输出给第一电源和第二电源以触发该二电源进行放电。
[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0024]双腔准分子激光电源通过高压快脉冲激励气体放电从而产生激光辐射输出。每个腔体的激励电源功率大约都在20-50kW之间，如此大功率电源的放电散出热的热量对双腔电源放电时序影响较大。从电源启动到稳定工作，由于温度影响而带来的双腔延时可达几十纳秒。
[0025]图1是本发明的双腔准分子激光器放电同步控制系统的结构示意图。如图1所示，激光器包括MO腔和PA腔，MO腔和PA腔分别配有第一电源和第二电源。放电同步控制系统包括延时测量单元1、主控单元2、延时输出单元3、第一时序采集单元4a、第二时序采集单元4b和状态采集单元5。上述各单元构成了放电抖动的闭环采集和控制系统。
[0026]第一时序采集单元4a和第二时序采集单元4b分别用于采集MO腔和PA腔的脉冲放电信号。
[0027]延时测量单元I根据第一时序采集单元4a和第二时序采集单元4b采集的放电波形和时序信息获得MO腔和PA腔之间的出光延时值。
[0028]状态采集单元5用于采集MO腔和PA腔的状态信息。
[0029]主控单元2可以由DSP或单片机实现，用于根据MO腔和PA腔之间的实际采集的出光延时值、延时设定值和状态采集单元5采到的MO腔和PA腔的状态信息，执行闭环控制算法，获得双腔放电延时的更新值，并将该值送给所述延时输出单元3。
[0030]延时输出单元3以8位并口的形式接受主控单元2送来双腔放电延时的更新值，同时把来自上位机的触发脉冲分为对应于所述双腔放电延时的更新值的两个脉冲输出给第一电源和第二电源以触发该二电源放电。
[0031]其中，第一时序采集单元4a和第二时序采集单元4b可以采用光电二极管的方式，也可以采用高