CN103441418A

CN103441418A - 强激光系统抗高压放电干扰装置

Info

Publication number: CN103441418A
Application number: CN2013103978562A
Authority: CN
Inventors: 赵环
Original assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Current assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: CN103441418B

Abstract

本发明涉及强激光系统抗高压放电干扰装置,该装置包括光电隔离模块和与其连接的干扰屏蔽模块，用于滤除高压漏电和噪声干扰的影响，所述光电隔离模块包括电光转换器和光电转换器，该电光转换器与光电转换器之间通过光传输线连接；所述干扰屏蔽模块包括光隔离开关和与其连接的单稳态脉冲触发器。本发明能使得强激光系统接受外部控制系统提供的正确信号，而不是高压放电产生的干扰噪声，并保证相关外部控制系统对强激光器进行触发而不会受到干扰，从而实现强激光系统不受高压放电干扰而正常运行。

Description

强激光系统抗高压放电干扰装置

技术领域

本发明涉及强激光系统的控制装置，特别是涉及强激光系统抗高压放电干扰装置。

背景技术

飞秒超强激光是近十年来激光技术和强场物理学研究中的活跃领域，激光辐射效应及破坏机理研究、激光惯性约束核聚变等研究成果展示了飞秒超强激光在军事及民用中的广阔应用前景。在太瓦级飞秒激光放大装置中，一般都需要大能量的脉冲泵浦源，这些泵浦激光器基本上都是由氙灯泵浦的，而氙灯的点燃需要的是高压电脉冲。对于激光脉冲能量为焦耳级的泵浦源，所用氙灯的高压电脉冲至多几百伏，只要能把高压脉冲的产生源、输电线以及氙灯做好屏蔽，这个脉冲高压所造成的电子干扰基本上是可以避免的。不过对于脉冲能量为上百焦耳的泵浦源，其所用氙灯的脉冲电压则高达上万伏，如此高的电压只做简单的屏蔽是行不通的，而是必须采取多种措施来尽可能的减小高压放电对其它仪器设备造成的电子干扰。

首先高压电源最好单独供电，它的地线必须是专用的而且要良好接地。电源一般是有机箱的，除此之外，最好把所有的高压电源装置放置在一个具有电磁屏蔽作用的独立小房间内。传输线必须是专用的高压电缆线，因为它必须能够承受极高的瞬间电流，因而必须具有良好的导电率。正负极电缆线传输途中必须相互交织，且要放置在具有电磁屏蔽作用的钢管中。氙灯是放置在激光器内的，因而激光器的机箱也必须具有良好的屏蔽作用。高压传输途中的所有接线柱处的电阻必须尽可能的小，否则很容易导致发热，进而因氧化而使得电阻进一步升高，直至融化而造成接触不良，接触不良的接线柱在高压电脉冲经过时会产生电火花，此时会产生极高的电磁辐射，这是极其不利的，应坚决避免。以上所介绍的只是一些最为基本的措施，更为专业的措施必须由高压电源和泵浦激光器生产制造方完成。

发明内容

针对以上所述的含有高压电的泵浦激光器，本发明提供一种适用于强激光系统的通信和控制装置，以保证强激光系统接受外部控制系统提供的正确信号而不是高压放电产生的干扰噪声，并保证相关外部控制系统对强激光器进行触发而不会受到干扰，从而实现强激光系统不受高压放电干扰而正常运行。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

强激光系统抗高压放电干扰装置,该装置包括光电隔离模块和与其连接的干扰屏蔽模块，用于滤除高压漏电和噪声干扰的影响，所述光电隔离模块包括电光转换器和光电转换器，该电光转换器将接收到的电信号转换为光信号后通过光传输线传给光电装换器；所述干扰屏蔽模块包括光隔离开关和与其连接的单稳态脉冲触发器。

所述光隔离开关包括相互连接的输入端、第一触发端和第一输出端，所述第一触发端控制该输入端与第一输出端的连通或断开，用以触发所述单稳态脉冲触发器。

所述单稳态脉冲触发器包括相互连接的第二输出端、反相输出端和第二触发端，所述反相输出端和所述触发端连接，用于控制所述第一输出端的脉冲输出。

本发明的优点在于：

本发明能使得强激光系统接受外部控制系统提供的正确信号，而不是高压放电产生的干扰噪声，并保证相关外部控制系统对强激光器进行触发而不会受到干扰，从而实现强激光系统不受高压放电干扰而正常运行。

附图说明

图1：光电隔离模块和干扰屏蔽模块的连接原理图；

图2：光电隔离模块工作原理图；

图3：干扰屏蔽模块工作原理图；

图4：实施例1的工作原理图；

图5：实施例1中的同步控制系统1输出的含有噪声干扰的信号；

图6：TLP521芯片管脚图；

图7：HCF4098芯片管脚图；

图8：实施例1中光电隔离模块和干扰屏蔽模块中各主要元件的连接图；

图9：图5中的信号经过光电隔离模块后输出的信号；

图10：实施例1中各信号的时序图。

具体实施方式

如图1所示为光电隔离模块和干扰屏蔽模块的连接原理图，本发明强激光系统抗高压放电干扰装置包括光电隔离模块和与其连接的干扰屏蔽模块，用于滤除高压漏电和噪声干扰的影响，所述光电隔离模块包括电光转换器和光电转换器，该电光转换器将接收到的电信号转换为光信号后通过光传输线传给光电装换器；所述干扰屏蔽模块包括光隔离开关和与其连接的单稳态脉冲触发器。

所述光电隔离模块的作用之一是将光电转换器及后面的电路部分与内有高压的仪器通过光传输线彻底隔离开来，二是为了限制干扰噪声的幅度：无论进入电光转换器的干扰噪声的幅度有多高，经光电转换器新产生的信号中所包含的干扰噪声的幅度再高也不会超过有用触发脉冲的幅度。上述干扰屏蔽模块的作用是滤除干扰噪声，无论噪声有无，幅度或大或小，单稳态脉冲发生器的输出端始终提供与仪器输出的有用的触发信号完全同步的干净脉冲输出，供仪器使用。

如图2为光电隔离模块工作原理图，所述光电隔离模块包括电光转换器、光传输线、光电转换器。端口A和端口B分别代表两台仪器A和B的输出输入端口，端口A输出的电信号经电光转换器转换，产生的光信号通过光传输线后再由光电转换器接收，输出的电信号最终输入端口B。利用这种信号连接方式，仪器A与仪器B之间不存在连通的电缆线（电源线除外），无论其中哪台仪器内存在高压，都不会因漏电对另一台造成损伤；而且，假如仪器B带有高压电，当其快速放电时，端口A的输出信号不会因此而受到干扰。

如图3为干扰屏蔽模块工作原理图，所述干扰屏蔽模块包括光隔离开关和单稳态脉冲发生器。其中光隔离开关包括输入端1、触发端2、输出端3，单稳态脉冲发生器包括触发端4、输出端5、反相输出端6。当触发端2的输入为高电平时，输入端1和输出端3是连通的，否则是断开的，输入端1和输出端3之间是光隔离开的。当触发端4的输入信号出现上升沿（根据不同的设置，也可以是下降沿）时，输出端5和反相输出端6会有相应的脉冲输出（其中输出端5输出脉冲为高电平，反相输出端6为低电平，它们脉冲宽度相等，均可调）。

端口C和端口D分别代表两台仪器C和D的输出输入端口，若仪器C内带有高压，当其快速放电时，假如其输出端口受到了干扰，输出信号包括有用的触发信号和因仪器高压放电而产生的干扰噪声脉冲，有用的触发信号在前，干扰噪声脉冲在后。在有用的触发信号进入光隔离开关时，它的输入端1和输出端3是处于连通状态的，有用的触发信号经输入端1输入后即刻便从输出端3输出，继而触发单稳态脉冲发生器，使其反相输出端6立即产生一个低电平脉冲信号，这样光隔离开关的输入端1和输出端3之间便会迅速转入断开状态。从有用的触发信号进入光隔离开关的输入端1直至输入端1和输出端3断开，这个时间延迟很短，这样干扰噪声脉冲还没有到达输入端1，输入端3便与输出端1断开；而单稳态脉冲发生器的反相输出端6设定的低电平持续时间较长，在光隔离开关的输入端1处的干扰噪声脉冲消失较长时间后，输入端1和输出端3才处于连通状态。这样，高压放电产生的干扰噪声就彻底被屏蔽了。单稳态脉冲发生器的反相输出端6输出低电平脉冲时，输出端3同时也会有高电平脉冲输出，该信号与仪器C所提供的有用的触发信号是完全同步的，不含有干扰噪声，可作为触发信号进入仪器D。

下面结合具体实施例对本发明强激光系统抗高压放电干扰装置进行说明。

以一套百太瓦级钛宝石飞秒激光放大系统为例，所用泵浦激光器中有一台为重复频率1Hz、能量上百焦耳的钕玻璃激光器，该激光器中氙灯放电所需的脉冲电压高达18千伏。如图4所示，同步控制系统1中1Hz的时钟频率信号，触发钕玻璃激光器中的高压放电系统工作以点燃氙灯。每当高压放电时，上述1Hz的时钟频率信号时常包含有因高压放电而产生干扰噪声，如图5所示，其中脉冲S为有用的触发信号，而N是因仪器高压放电而产生的干扰噪声脉冲。因此不能把该信号直接通过电缆输入到同步控制系统中2中触发百太瓦级钛宝石飞秒激光放大器中的其他仪器（包括上述泵浦激光器中的调Q系统等）工作，而要先后经过光电隔离模块和干扰屏蔽模块滤除高压漏电和噪声干扰的影响，如图4所示。

将一个电光转换器、一条光纤、一个光电转换器依次连接起来组成光电隔离模块，其中电光转换器、光电转换器需有光纤接口，并波长匹配。

利用一个光耦合芯片TLP521实现光隔离开关的功能，图6为TLP521芯片管脚图，将各个管脚做正确的连接后，就可以使之拥有如下功能：当管脚1的输入为高电平时，管脚3和4是连通的，否则是断开的，管脚1与管脚3、4之间是光隔离开的。利用一个单稳多频振荡芯片HCF4098实现单稳态脉冲发生器的功能，图7为HCF4098芯片管脚图，将各个管脚做适当连接后，就可以使之拥有如下功能：当管脚＋TR的输入信号出现上升沿时，管脚Q和

便会有相应的脉冲输出（其中Q的输出脉冲为高电平，为低电平，它们脉冲宽度相等，均可调）。实现光隔离开关和单稳态脉冲发生器的功能后，将它们依次连接起来，进一步地组成干扰屏蔽模块。

上述光电隔离模块和干扰屏蔽模块中各主要元件的连接如图8所示。

同步控制系统1所输出的1Hz触发信号相对于频率源的延时是可调的，在其输出之前，将其延时做特定的设置，使得输入光电隔离模块的信号脉冲上升沿出现在钕玻璃激光器中的高压放电时刻之前。高压放电产生的干扰噪声N约发生在有用的触发信号S的上升沿之后约100μs处，如图5所示。1Hz触发信号经过光电隔离模块后，其输出信号仍旧含有两个脉冲，其中一个是有用的触发信号S1（在前），另一个是干扰噪声S2（在后），如图9所示，该信号接着输入干扰屏蔽模块。

由于HCF4098的管脚输出信号的低电平持续时间仅有毫秒量级，其它时间是处于高电平的，因而有用的触发信号S1在进入TLP521时，管脚3和4是处于连通状态的，信号S1经管脚4输入后即刻便从管脚3输出，继而触发HCF4098，使其管脚

立即产生一个低电平脉冲信号，这样TLP521的管脚3和4之间便会迅速转入断开状态。从信号S1进入TLP521的管脚4直至其管脚3和4断开，这个时间延迟只有500ns左右，这样干扰噪声S2还没有到达端管脚4，管脚3便与其断开；而HCF4098的管脚

设定的低电平持续时间约2ms左右，也就是说，TLP521管脚4处的干扰噪声消失较长时间后，其管脚3和4之间才处于连通状态。这样，高压放电产生的干扰噪声S2就彻底被TLP521给挡住了。HCF4098的管脚

输出低电平脉冲时，管脚Q同时也会有高电平脉冲输出，该信号与同步控制器1所提供的1Hz时钟信号是完全同步的，它不含有干扰噪声，可作为触发信号进入同步控制器2触发百太瓦级钛宝石飞秒激光放大器中的其他仪器工作。上述各信号的时序如图10所示。

最后所应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制。本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.强激光系统抗高压放电干扰装置,其特征在于，该装置包括光电隔离模块和与其连接的干扰屏蔽模块，用于滤除高压漏电和噪声干扰的影响，所述光电隔离模块包括电光转换器和光电转换器，该电光转换器将接收到的电信号转换为光信号后通过光传输线传给光电装换器；所述干扰屏蔽模块包括光隔离开关和与其连接的单稳态脉冲触发器。

2.根据权利要求1所述的强激光系统抗高压放电干扰装置,其特征在于，所述光隔离开关包括相互连接的输入端、第一触发端和第一输出端，所述第一触发端控制该输入端与第一输出端的连通或断开，用以触发所述单稳态脉冲触发器。

3.根据权利要求2所述的强激光系统抗高压放电干扰装置,其特征在于，所述单稳态脉冲触发器包括相互连接的第二输出端、反相输出端和第二触发端，所述反相输出端和所述触发端连接，用于控制所述第一输出端的脉冲输出。