收藏本站
《中国科学技术大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

工业及医用准分子激光系统关键技术研究

赵读亮  
【摘要】:放电激励的准分子激光作为大功率紫外光源,具有峰值功率高、波长短、光子能量高等特点,广泛应用于工业及医疗领域。研制高稳定性准分子激光器实用产品是医疗和工业应用的一个重要方向,影响激光器产品稳定性的因素诸多,如激光头储能电容充电电源稳定性和充电精度、产品设备的电磁兼容性以及整机的反馈闭环稳定控制等。本文对上述影响因素展开研究,以期进一步提高准分子激光技术水平和激光器产品的整体性能,推进国产高端准分子激光设备的研发。论文首先回顾了准分子的发展历史、应用领域,概述了电激励准分子激光器的关键技术如低重频大能量技术、高重频技术、气体补偿技术等,介绍了准分子激光器储能电容充电电源的主要拓扑和相关技术,简述了准分子激光系统的电磁兼容性,重点阐述了本论文的研究意义和工作内容。为了满足工业及医用准分子激光器储能电容组的充电需求,分别开展了用于高重频和低重频电容充电电源研究。高重频电容充电电源基于LC串联谐振拓扑,引入辅助电路和时序控制系统实现电容的高重频高精度充电,在激光器储能电容5.44μF的情况下,获得最大充电电压1.92 kV、充电精度0.05%、工作重复频率4 kHz、充电能力40 kJ/s的输出特性;低重频电容充电电源采用推挽式拓扑结合有源低损吸收回路实现对电容的恒流充电,电源输出电压为10~35 kV,开关频率45 kHz,平均充电速率为2.6 kJ/s,激励一台储能电容为64 nF的KrF准分子激光器获得最大820 mJ的输出能量,两类电源的充电精度和性能满足工业及医用领域实际使用要求。电磁兼容性是准分子激光产品进入市场前需特别关注的一项重要指标,应满足国家标准,论文第四章对此项指标进行了研究,从实验的角度探索了准分子激光头的电磁辐射特性,并结合屏蔽理论和电磁兼容理论对系统进行了整体设计,设计的屏蔽体的屏蔽效能达40 dB以上,系统整机能可靠稳定运行。为了进一步提高准分子激光器的输出稳定性,开展了输出能量稳定的理论研究和实验验证,提出了基于电压补偿能量的PI算法,基于设计的低重频电容充电电源搭建了 308 nm准分子激光皮肤治疗仪,对PI算法的合理性进行了验证。治疗仪在107个脉冲内仍能维持目标能量17.5 mJ附近,能量相对标准差从0.2%缓慢上升至3%,各输出参数满足准分子激光皮肤治疗仪的实用要求。
【关键词】:准分子激光器 电容充电电源 电磁辐射 电磁兼容 能量稳定性
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN24
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第1章 绪论10-34
  • 1.1 准分子激光10-21
  • 1.1.1 准分子激光10-12
  • 1.1.2 准分子激光应用12-15
  • 1.1.3 准分子激光关键技术15-21
  • 1.2 电容充电电源概述21-28
  • 1.2.1 电容充电电源简介21-22
  • 1.2.2 RC充电技术22-23
  • 1.2.3 LC谐振充电技术23-25
  • 1.2.4 开关逆变充电技术25-28
  • 1.3 准分子激光系统电磁兼容概述28-31
  • 1.3.1 电磁兼容学科的国内外研究现状28-29
  • 1.3.2 准分子激光系统的电磁兼容性研究内容29-31
  • 1.3.3 准分子激光系统的EMC研究方法31
  • 1.4 本论文主要工作31-34
  • 第2章 高重频谐振电容充电模块研究34-54
  • 2.1 主拓扑设计和理论分析34-38
  • 2.2 设计要点38-42
  • 2.2.1 主开关保护引起的关断延时38-39
  • 2.2.2 精准泄放电路39-40
  • 2.2.3 储能电感的饱和特性40-42
  • 2.3 控制系统设计42-45
  • 2.4 前端电源DC模块设计45-50
  • 2.4.1 DC电源模块主拓扑设计45-48
  • 2.4.2 驱动和保护电路设计48-49
  • 2.4.3 样机调试49-50
  • 2.5 联机实验部分50-52
  • 2.6 小结52-54
  • 第3章 低重频高压逆变电容充电模块研究54-74
  • 3.1 主拓扑设计与理论分析54-58
  • 3.1.1 逆变和低损吸收54-57
  • 3.1.2 高压变压器设计57-58
  • 3.2 模拟验证和参数优化58-62
  • 3.3 控制系统设计62-69
  • 3.3.1 中控系统和驱动电路设计63-66
  • 3.3.2 隔离和保护设计66-69
  • 3.4 联机实验部分69-71
  • 3.5 小结71-74
  • 第4章 准分子激光系统电磁兼容性研究74-96
  • 4.1 准分子激光器电磁干扰分析74-80
  • 4.1.1 机理分析74-76
  • 4.1.2 实验测试与结果76-80
  • 4.2 准分子激光器系统电磁兼容设计80-95
  • 4.2.1 激光器电磁屏蔽设计82-88
  • 4.2.2 激光器显示控制系统EMC设计88-93
  • 4.2.3 激光器线缆和功率级EMC设计93-95
  • 4.3 小结95-96
  • 第5章 准分子激光系统稳定性实验研究96-108
  • 5.1 准分子激光器能量稳定性理论分析96-100
  • 5.1.1 激光器能量衰减和补偿模型97-98
  • 5.1.2 激励电压调节PI算法98
  • 5.1.3 能量衰减和PI模型模拟98-100
  • 5.2 准分子激光皮肤治疗系统设计100-103
  • 5.2.1 实验平台100-102
  • 5.2.2 控制系统设计102-103
  • 5.3 实验与讨论103-105
  • 5.4 小结105-108
  • 第6章 总结与展望108-111
  • 6.1 总结108-109
  • 6.2 展望109-111
  • 参考文献111-118
  • 致谢118-119
  • 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果119

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭振华;F.K.Tittel;W.L.Wilson;M.C.Smayling;;可调谐准分子激光[J];光电子.激光;1984年02期
2 周政卓,曾永健,邱明新;纵向放电激励的XeCl准分子激光[J];中国激光;1984年04期
3 马树森,胡雪金,姚永邦,善新新,蔡小鸿,姚国洪;紫外可调频准分子激光系统[J];中国激光;1984年07期
4 楼祺洪;;用混合型非稳腔改善准分子激光的输出特性[J];应用激光;1984年04期
5 楼祺洪,成序三,丁爱臻,魏运荣,丁泽安,郑承恩;大体积X光预电离XeCl准分子激光的参量研究[J];中国激光;1985年08期
6 王琳;;准分子激光的新成就能削减反导激光的费用[J];激光与光电子学进展;1986年02期
7 王琳;;准分子激光可在蓝绿色间调谐[J];激光与光电子学进展;1986年05期
8 王文耀;;以准分子激光清除氧化物[J];激光与光电子学进展;1986年09期
9 陈秀娥;;用准分子激光在玻璃上作标记[J];激光与光电子学进展;1987年07期
10 赵震声,胡雪金;准分子激光在医学的应用前景[J];量子电子学;1988年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 常秋花;贾丽;米生建;乔红玉;刘婷;;术前准确检查对准分子激光治疗近视效果的分析及体会[A];全国护理临床研究学术交流暨专题讲座会议论文会编[C];2001年
2 徐峻;许刚;查敦传;张解忠;王宁;;选择准分子激光治疗近视的人群分析[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
3 肖俊华;魏琦;王风云;龙洪涛;;准分子激光个性化技术实战报告附案例实图演示[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
4 卢光荣;杨卫国;袁琳;;准分子激光原位角膜磨镶术治疗近视、散光分析[A];2007年贵州省医学会眼科学分会第五届第三次学术年会论文汇编[C];2007年
5 刘苏冰;买志彬;聂晓丽;汪洋;唐秀侠;辛宝莉;;准分子激光在眼科的应用[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
6 肖俊华;;准分子激光个性化技术案例实践报告[A];江西省第九次中西医结合眼科、中医眼科学术交流会论文汇编[C];2008年
7 林巧雅;汪美华;;准分子激光原位磨镶术术后角膜上皮点状缺损的病因探讨[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
8 胡明;牟国营;;准分子激光原位角膜磨镶术医源性散光的概念及其治疗探讨[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
9 沈建新;曹正林;;准分子激光视觉光学矫正研究及应用[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
10 姚佩君;周行涛;褚仁远;;准分子激光老视补偿切削临床分析[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 王彩丽;准分子激光治近视就像坐飞机[N];卫生与生活报;2007年
2 ;准分子激光治疗近视新突破[N];中国高新技术产业导报;2001年
3 保健时报记者 邱爽;激光治眼利与弊[N];保健时报;2007年
4 程少为;准分子激光成为皮肤病新疗法[N];健康报;2006年
5 市二院眼科 邹广程;浅谈准分子激光治疗近视[N];无锡日报;2006年
6 见习记者 苏梓琴;准分子激光治近视有风险[N];大众卫生报;2009年
7 黄晶;准分子激光不会“烧坏”眼睛[N];大众卫生报;2003年
8 刘奇民 梁言;准分子激光技术:几分欢喜几分忧[N];人民政协报;2004年
9 王继荣 黄余红;准分子激光技术应用眼科惠及近视患者[N];中国消费者报;2007年
10 本报记者 李翠;选择准分子激光矫视应慎重[N];广东科技报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 王玺;准分子激光损伤K9玻璃和熔石英的理论与实验研究[D];中国科学技术大学;2016年
2 赵读亮;工业及医用准分子激光系统关键技术研究[D];中国科学技术大学;2017年
3 刘莹;准分子激光加工表面微观形貌表征及其特征研究[D];武汉理工大学;2002年
4 沈建新;基于准分子激光消融的屈光与波前像差矫正技术研究与实现[D];南京航空航天大学;2003年
5 常艳贺;ArF准分子激光高反射薄膜技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
6 靳京城;P偏振ArF准分子激光大角度减反射薄膜的研究与制备[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
7 张运海;准分子激光视觉光学矫正关键建模技术研究[D];南京航空航天大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 金海宁;308nm准分子激光联合中药治疗白癜风的系统评价[D];辽宁中医药大学;2016年
2 方重阳;308nm准分子激光治疗白癜风疗效及其与核苷酸切除修复基因多态性关联研究[D];承德医学院;2016年
3 阳隽婷;基于光斑模拟方法的准分子激光均束系统设计及小光斑变换光学系统的研究[D];北京工业大学;2016年
4 高健;用于皮肤治疗仪的308nm准分子激光系统的研究[D];合肥工业大学;2013年
5 靳羽华;微透镜准分子激光整形均束装置[D];北京工业大学;2013年
6 王桐;准分子激光光阑法加工微透镜的工艺研究[D];北京工业大学;2007年
7 周景;308nm准分子激光对豚鼠皮肤黑素细胞的影响[D];山东大学;2007年
8 唐雯;一种基于PSD传感器的眼球跟踪系统[D];苏州大学;2010年
9 时涛;准分子激光微刻蚀加工的实验研究[D];华中科技大学;2004年
10 金奇芳;准分子激光治疗角膜欠厚高度近视眼的手术方法对比研究[D];南昌大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026