双色HCN激光器稳频系统研究

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等离子体物理研究的重点是观测不同放电条件下电子密度的时空变化分布,观测手段的稳定性将会直接影响到等离子体密度测量的可靠程度。本文首先介绍了中科院等离子体物理研究所目前所采用的远红外激光干涉仪的诊断原理,并分析了双色HCN激光器替代单个HCN激光器的可行性。但是由于双激光器系统的拍频信号是由两个激光器发出的激光产生谐振而得到的,这就造成了中频频率难以稳定的现实问题。然后文章分析了双色HCN激光器中频频率不能保持不变会对监测结果造成的不良影响。考虑到现有的稳频方法还无法满足远红外双色HCN激光器的频率稳定控制需求,最后提出了针对双色HCN激光器中频频率稳定目标的实现方案并进行了开发研制工作。该思想从远红外HCN气体激光器的工作原理出发,分析了影响其频率稳定性的因素,设计了一套完整的中频稳定控制系统,即探测器把收集的光信号转变成正弦电压信号,通过滤波滤除掉干扰信号后,把信号进行一定程度的放大和形状改变,得到的矩形波和未处理的信号的频率是一致的,然后将处理后信号导入处理器内,利用微控制系统提供的定时器计算出当前的频率值,与用户自定义的目标值进行比较,然后采取一定的控制算法计算出电压值,经由数模转换输出后控制压电陶瓷动作,以实现通过调整腔长控制激光器频率改变的目标。本文的中频稳定系统,在设计过程中包括了原理部分、硬件部分和软件部分,并对每一部分的关键性能进行了验证。为了验证系统的可行性,使用研制的系统进行了现场实验,并与自由状态下的频率进行了对比,发现该系统能够较好地控制激光输出的中频信号在一定程度上维持稳定。
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