NO136123B - - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår pumping eller pulsing av diode-lasere.

Ved pumping eller pulsing av en diodelaser brukes det vanligvis en energilagringsanordning -i form av en kondensator som vekselvis blir oppladet til en passende spenning og utladet gjennom diode-laseren via en styrt bryter eller koblingsanordning, fortrinnsvis en thyristor eller en styrt siliciumlikeretter.

Hittil har oppladningen av kondensatoren vært foretatt ved permanent å forbinde kondensatoren med en likestrømspenningskilde: gjennom en seriemotstand. Denne motstand må imidlertid være temmelig stor fordi strømmen gjennom thyristoren eller lignende efter utladningen av kondensatoren ellers kan forbli på et tilstrekkelig høyt nivå til at tyristoren ikke blokkeres. Den store seriemotstand gjør oppladningstiden for kondensatoren forholdsvis lang, hvilket begrenser pulsrepetisjonsfrekvensen. Videre går en betydelig energimengde tapt i seriemotstanden.

Det er et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat hvor de foran nevnte ulemper er fjernet og hvor ytterligere fordeler blir oppnådd. Dette formål blir realisert ved hjelp av fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen med de spesielle trekk som er angitt i patentkravene.

Således er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen

karakterisert ved periodisk først å lagre en forutbestemt energimengde i en transformator som magnetisk energi i det vesentlige uten tap og så å overføre denne forutbestemte energimengde til kondensatoren også i det vesentlige uten tap og ved å utlade kondensatoren gjennom diode-laseren efter en eller flere perioder ved å bringe den styrte bryter til å lukkes mens energi samtidig lagres i transformatoren under den etterfølgende periode.

Lagringen av energi i transformatoren skjer fortrinnsvis ved elektrisk å forbinde en primærvikling på transformatoren med en likestrømspenningskilde under et forutbestemt tidsintervall mens transformatoren holdes i ubelastet tilstand. Den energi som lagres i transformatoren blir overført til kondensatoren fortrinnsvis ved å forbinde elektrisk en sekundærvikling på transformatoren med kondensatoren under et tidsintervall hvorunder primærviklingen på transformatoren ikke er elektrisk forbundet med likestrøm-spenningskilden. Energien blir passende overført gjennom en permanent kobling som inkluderer en likerettende eller enveisledende anordning, hvilken anordning sikrer at transformatoren er ubelastet når primærviklingen er forbundet med likespenningskilden. Den sistnevnte forbindelse tilveiebringes passende ved hjelp av en pulsstyrt koblingsanordning, fortrinnsvis en transistor som på-trykkes styrepulser fra en styrepulsgenerator. Denne generator kan med fordel også brukes til å levere styrepulser på synkronisert måte til thyristoren f.eks. i kondensatorens utladningsvei. På denne måte blir det mulig å bruke et og samme styrepulstog for samtidig å sette transistoren i ledetilstand for å forbinde primærviklingen med likespenningskilden og å innkoble thyristoren for å utlade kondensatoren gjennom diode-laseren.

Den energimengde som først lagres i transformatoren og så overføres til kondensatoren under hver periode kan lett styres ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, ved å variere det tidsintervall hvorunder primærviklingen er forbundet med likespenningskilden eller med andre ord, varigheten av de styrepulser som leveres til transistoren for å bringe denne til ledetilstand. Forutsatt at transformatoren ikke bringes til metning, vil således strømmen gjennom transformatorens primærvikling øke lineært med tiden og fordi den magnetiske energi i transformatoren er proporsjonal med kvadratet av strømmen blir denne magnetiske energi også proporsjonal med kvadratet av bredden av styrepulsen.. Det er åpenbart også mulig å regulere den magnetiske energi som lagres i transformatoren ved å variere likespenningen, fordi helningen av strømkurven bestemmes av forholdet mellom likespenningen og induktansen av primærviklingen.

Apparatet ifølge oppfinnelsen for utførelse av den ovenfor angitte fremgangsmåte omfatter en kondensator som diode-laseren er. forbundet med gjennom den styrte bryter, og en anordning for vekselvis å opplade kondensatoren til et spesielt energinivå fra en likespenningskilde og utladning av kondensatoren gjennom diode-laseren ved å bringe den styrte bryter til å lukkes forbigående efter at det.nevnte energinivå er blitt nådd i kondensatoren. Apparatet er i hovedsaken karakterisert ved at den nevnte anordning omfatter en transformator med en primærvikling og en sekundærvikling, hvorav primærviklingen blir forbundet med likespenningskilden gjennom en pulsstyrt koblingsanordning og sekundærviklingen blir forbundet med kondensatoren gjennom en likerettende eller enveis ledende anordning som er koblet slik at transformatoren er ubelastet når den pulsstyrte koblingsanordning er lukket for å . forbinde primærviklingen med likespenningskilden, at det er anordnet en styrepulsgenerator for å levere styrepulser til den pulsstyrte koblingsanordning, slik at den periodisk blir lukket under et spesielt tidsintervall, og en utladningsstyreanordning for periodisk å bevirke at den nevnte styrte bryter i kondensatorens oppladningsvei - som omfatter diode-laseren - blir lukket forbigående mens den styrte koblingsanordning er lukket. Fortrinnsvis er den styrte pulsgenerator innrettet til å utgjøre også den nevnte utladningsstyreanordning.

I henhold til en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er den pulsstyrte koblingsanordning en transistor, og apparatet selvoscillerende ved tilbakekobling fra transformatoren. Styrepulsgeneratoren omfatter da en anordning for basismatning av transistoren og en tilbakekoblingsvikling på transformatoren, hvilken vikling er forbundet med transistorens basis. Tilbake-koblings vikl ingen blir fortrinnsvis også brukt som utladningsstyreanordning sammen med en anordning for overføring av styrepulser fra viklingen til den styrte bryter i kondensatorens utladningsvei.

Fortrinnsvis brukes det en thyristor som styrt bryter i kondensatorens utladningsvei. Imidlertid kan det også brukes

andre typer styrte brytere så som en lavine-transistor. Spesielt når det anvendes en thyristor kan det være fordelaktig å inkludere en seriekoblet PNP-diode i overføringsanordningen for å øke hastigheten av thyristor-styrepulsene. I visse tilfeller kan det også være fordelaktig å innbefatte i overføringsanordningen en anordning for å hindre et forutbestemt antall styrepulser mellom hver kondensatorutladning, dvs. at f.eks. thyristoren kan kobles inn bare efter et forutbestemt antall energilagringsperioder.

En slik anordning kan f.eks. være en puls-telleanordning. Videre kan overføringsanordningen omfatte en portanordning som trigges når kondensatorspenningen har nådd et forutbestemt nivå. 'De sistnevnte løsninger tillater begge at thyristoren f.eks. kobles inn i en helt spesiell faseposisjon når det brukes en selv-oscillerende transistor-transformator-krets. Åpenbart kan PNP-dioden, telleanordningen og portanordningen brukes også når apparatet er av den type som ikke er selv-oscillerende.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i

form av et eksempel under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser et koblingsskjema for et foretrukket apparat for pumping av en diode-laser i henhold til foreliggende oppfinnelse, og Fig. 2 er et pulsdiagram som skal gjøre det lettere å forstå virkemåten av apparatet i henhold til figur 1.

I apparatet på fig. 1 er en diodelaser 1 forbundet med

en kondensator 3 gjennom en thyristor 5 og en liten motstand 7, slik som tidligere kjent, hvor motstanden utgjør en del av en ikke vist strømkrets for overvåking av pumpestrømmen. Kondensatoren 3 opplades fra en likespenningskilde av hvilke bare klemmene 9 og 11 er vist, gjennom en selv-oscillerende krets som omfatter en transformator 13, en transistor 15, en motstand 17 for transistorens basismatning, en emittermotstand .18, en første diode 19, en kondensator 21 og en annen diode 23. Primærviklingen 25 på transformatoren er koblet mellom kollektoren på transistoren 15 og

den ene klemme 9 på likespenningskilden. En tilbakekoblingsvikling 27 på. transformatoren er forbundet med transistorens basis gjennom. dioden.19 og med den annen klemme 11 på likespenningskilden. Kondensatoren 3 er forbundet med en sekundærvikling 29

på transformatoren gjennom.dioden 23. Viklingsretningene på de separate transformatorviklinger er markert med små sirkler ved de viklingsender som svarer til hverandre.

Thyristoren 5 mates med styrepulser fra viklingen 27 gjennom en differensierende krets omfattende en kondensator 31 og en motstand 33 og. gjennom:en PNP-diode 35 koblet i serie.

Virkemåten av apparatet, som er illustrert i en idealisert form med pulsdiagrammet•på fig. 2 er.som følger: Ved tidspunktet t-^ begynner transistoren 15 å lede, og forbinder således primærviklingen 25 med likespenningskilden gjennom emittérmotstandén 18.

I betraktning av at.dioden 23 er.forbundet med sin sperreretning

i forhold til den spenning som herved induseres i sekuhdærviklingen, vil transformatoren være ubelastet og strømmen I gjennom primærviklingen 25, transistoren 15 som.er mettet, og motstanden 18, vil øke i det vesentlige lineært med tiden.

Helningen av strømkurven vil være. bestemt av forholdet 7- mellom likespenningen V og primærviklingens induktans L som antas å være konstant. Følgelig vil også spenningen UJ„ bj over emittérmotstandén 18 øke lineært med tiden. Imidlertid er motstanden 18 så liten at spenningen.over primærviklingen 25 kan ansees å være konstant. Den spenning UT som transformeres til tilbakekoblingsviklingen 27 kan således også betraktes som i det vesentlige konstant, da spenningen er en viss brøkdel av spenningen over primærviklingen.

Spenningen ved basis på transistoren 15 følger i det vesentlige emitterspenningen U,, og, til å begynne med er den mindre enn U^, hvilket betyr at dioden 19 er. blokkert.

Ved tidspunktet t2 er spenningen på transistorens basis

lik UT og dioden 19 begynner å lede. Følgelig har transistoren 15 ikke lenger tilstrekkelig basismatning til å være mettet, hvilket medfører at det skjer en reversering, dvs. at transistoren om-kobles til sin ikke ledende tilstand. I denne situasjon er den

1 " 2 magnetiske energx i transformatoren W = r- L I_, hvor I_. er

m 2. P P toppverdien av strømmen gjennom primærviklingen.

Ved denne reversering blir det oppnådd en magnetiserings-strøm lg i transformatorens sekundærvikling 29, hvilken strøm tilføres kondensatoren 3 gjennom dioden 23. Hvis kretsen antas å være fri for tap vil kondensatorspenningen øke sinusaktig mens strømmen Ig samtidig avtar sinusaktig inntil den magnetiske energi er pumpet ut av transformatoren. Dette er skjedd ved tidspunktet t3 i hvilket tidspunkt energien i kondensatoren wc = J c uc er lik den magnetiske energi W msom tidligere ble lagret i transformatoren. Her er C kapasiteten av kondensatoren og Uc er toppverdien av kondensatorspenningen.

Mellom tidspunktene t^ og t^ er således dioden 23 ledende

og derfor følger spenningen over sekundærviklingen 29 i det vesentlige kondensatorspenningen U . Spenningen U_ transformert

til tilbakekoblingsviklingen 27 får følgelig endret sin polaritet i tidspunktet t_ og er en viss brøkdel av den nevnte spenning Uc< Samtidig er dioden 19 ledende og transistoren holdes i sin ikke ledende tilstand.

I tidspunktet t^ blir strømmen lg lik null og dioden 23 blokkeres. Følgelig blir spenningene over sekundærviklingen 29

og tilbakekoblingsviklingen 27 lik null, dioden 19 blir blokkert og en annen reversering blir oppnådd ved at transistoren 15 igjen blir omkoblet til sin ledetilstand. Kondensatoren 21 som har forholdsvis lav impedans forhindrer at transformatorens lekkasje-induktans bevirker parasitt-oscillasjon.

I tidspunktet t^ blir således primærviklingen 25 igjen forbundet med likespenningskilden, som, slik det er beskrevet ovenfor, bevirker at det opptrer en spenningspuls over tilbake-koblingsvikl ingen 27. Denne puls overføres til den differensierings-krets som består av kondensatoren 31 og motstanden 33. De korte pulser som blir oppnådd svarende til spenningspulsens fremre flanke, blir påskyndet av PNP-dioden 35. Derefter .innkobler pulsen thyristoren 5 hvorved kondensatoren utlades gjennom diode-laseren 1. Følgelig inntreffer pumpestrømpulsen ID umiddelbart efter tidspunktet t^ mens energi igjen samtidig begynner å bli lagret i transformatoren. Under denne operasjon er transformatorens sekundærkrets i hvile, hvilket betyr at transistoren uten tvil er koblet ut når utladningsstrømmen faller under en viss verdi.

Som beskrevet bestemmer spenningene over emittérmotstandén 18 og tilbakekoblingsviklingen 27 i«hvilken utstrekning strømmen Ip gjennom primærviklingen kan øke før reversering skjer. Dette betyr at den letteste måte å regulere Ip på og følgelig pumpestrømmen gjennom diode-laseren, består i å variere emittérmotstandén. Følgelig bør emittérmotstandén være variabel. Som et alternativ til dette kan likespenningen varieres i samme øyemed. I begge tilfeller blir også pumpefrekvensen påvirket.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for pumping av en diodelaser ved vekselvis oppladning av en kondensator og utladning av kondensatoren gjennom diodelaseren, karakterisert ved periodisk først å lagre en spesiell energimengde i en transformator i form av magnetisk energi og så å overføre denne energimengde til kondensatoren og at kondensatoren utlades gjennom diodelaseren efter et forutbestemt antall perioder mens energi samtidig lagres i transformatoren, under den efterfølgende periode.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at energi lagres i transformatoren ved elektrisk å forbinde en primærvikling på transformatoren med en likespenningskilde under et forutbestemt tidsintervall mens transformatoren holdes i ubelastet tilstand.

3: Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den energi som lagres i transformatoren blir overført til kondensatoren ved elektrisk å forbinde en sekundærvikling på transformatoren under et tidsintervall hvorunder primærviklingen på transformatoren ikke er elektrisk forbundet med likespenningskilden.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at energi fra transformatoren overføres til kondensatoren gjennom en kobling som er permanent oppsatt mellom sekundærviklingen og kondensatoren, hvilken kobling er i det vesentlige fri for tap og omfatter en enveisledende anordning.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 2-4, karakterisert • v e cf at transformatorens primærvikling forbindes med likespenningskilden ved hjelp av en pulsstyrt koblingsanordning som mates med styrepulser fra en styrepulsgenerator.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at en styrt bryter i kondensatorens utladningsvei tilføres styrepulser fra styrepulsgeneratoren for å utlade kondensatoren gjennom diodelaseren.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at den energimengde som lagres i transformatoren og følgelig i kondensatoren styres ved å variere lengden av de styrepulser som leveres til den pulsstyrte koblingsanordning.

8. Apparat for pumping av en diodelaser ved utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende en kondensator til hvilken diodelaseren er forbundet gjennom en styrt bryter, og en anordning for vekselvis å opplade kondensatoren fra en likespenningskilde til et spesielt energinivå og utladning av kondensatoren gjennom diodelaseren ved forbigående å lukke den styrte bryter når det spesielle energinivå for kondensatoren er blitt nådd, karakterisert ved at den nevnte anordning omfatter en transformator som har en primærvikling og en sekundærvikling hvorav primærviklingen blir forbundet med likespenningskilden gjennom en pulsstyrt koblingsanordning og sekundærviklingen blir forbundet med kondensatoren gjennom en likeretteranordning som er koblet slik at transformatoren er ubelastet når den pulsstyrte koblingsanordning er lukket, og en styrepulsgenerator innrettet til å levere styrepulser til den pulsstyrte koblingsanordning slik at denne periodisk blir lukket under et spesielt tidsintervall, og en utladningsstyreanordning for periodisk å bevirke at den styrte bryter i kondensatorens utladningsvei blir forbigående lukket mens den styrte bryter-anordning er lukket.

9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at styrepulsgeneratoren også utgjør den nevnte utladningsstyreanordning .

10. Apparat ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at den pulsstyrte koblingsanordning omfatter en transistor, og at styrepulsgeneratoren er innrettet til å levere styrepulser til transistorens basis.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at det er selv-oscillerende, at styrepulsgeneratoren omfatter en anordning for å mate transistorens basis og at det er anordnet en tilbakekoblingskrets fra transformatoren til transistorens basis.

12. Apparat ifølge krav 11, karakterisert ved at primærviklingen er koblet mellom transistorens kollektor og den ene klemme på spenningskilden, at en emittermotstand er koblet mellom transistorens emitter og den annen klemme på spenningskilden og at tilbakekoblingskretsen omfatter en tilbakekoblingsvikling på transformatoren koblet til transistorens basis gjennom en diode og til den annen klemme på spenningskilden.

13. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at en kondensator er koblet mellom transistorens basis og den annen klemme på spenningskilden.

14. Apparat ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at utladningsstyreanordningen omfatter tilbakekoblingsviklingen og en innretning for overføring av styrepulser fra tilbakekoblingsviklingen til den styrte bryter i kondensatorens utladningsvei.

15. Apparat ifølge et av kravene 8 til 14, karakterisert ved at den styrte bryter er en thyristor.

16. Apparat ifølge krav 14 og 15, karakterisert ved at overføringsinnretningen omfatter en seriekoblet PNP-diode for å øke hastigheten av thyristorstyrepulsene.