sistema de bombeo Óptico para láser de...

GLOmAe

Laboratorio de Láser

Sistema de Bombeo Optico para Laser deNd:YAG

Francisco Albani1, Francisco E. Veiras1, Martın G. Gonzalez1, Guillermo D.Santiago1

1 GlOmAe, Departamento de Fısica, Facultad de Ingenierıa, UBA

Objetivo

Construir un sistema debombeo optico para laexcitacion de una barra deNd:YAG mediante unalampara flash capaz deentregar alrededor de 70J, conuna repeticion de ∼ 1Hz.

Punto de partida y Limitaciones

I Lampara flash de Xenon a 450 Torr y tension de ruptura desconocida.

I Capacitor de 100µF (2,5kV).

I Fuente de 150W para cargar capacitores. Tiempo de carga = 334ms.

I Tiristor.

I Cavidad elıptica.

I El sistema necesita ser refrigerado =⇒ no es posible disparar la lampara con un filamentoexterno.

lámparabarra

Figura: Cavidad elıptica

Esquema implementado

I Integracion de disparo y descarga en un mismo circuito.

I Disparo mediante transformador en serie.

I Durante la descarga, el nucleo del transformador se satura y la inductancia delsecundario pasa a servir para formar el pulso.

I Descargas controladas por un tiristor.

I Modelo electrico de la lampara tomado de Koechner[1]:

V = K0 ·√i con K0 = 19,2 ΩA1/2

T

+-

Control de disparo

Circuito de disparo

+

-

Lámpara flashK0 ≈ 19.2 Ω A1\2

Control de descarga

Fuente para carga de capacitor

C ≈ 100µF

60:1

Lsat ≈ 66µHyR ≈ 0.52Ω

Simmer(pendiente)

Figura: Esquematico completo

Transformador de disparo

I Se utilizo en los ensayos para conocer la tension de ruptura de la lampara(∼ 11kV).

I Construido con un nucleo E de material N27 de seccion 5,3cm2 y caminomedio 16,2cm.

I Aislacion con varias capas de Mylar R© y barniz acrılico.

I Relacion 1 : 60 donde el primario es una faja para concatenar mejor elflujo.

I Disenado para que al saturarse, la inductancia del secundario sea ∼ 66µHy pueda usarse en la formacion del pulso.

Bobina de Rogowski

I Necesaria para la medicion decorrientes transitorias elevadas.

I Disenada para lograr unatransresistencia de∼ 10mV/100A.

I Se hizo un estudio de surespuesta en frecuencia y unmodelo para incluir en lassimulaciones.

Formacion del pulso

I Circuito cuasi-RLC crıticamente amortiguado para lograr concentrar la energıa en un tiemposimilar a la duracion de fluorescencia del Nd:YAG (∼ 230µs).

I Alinealidades de la lampara obligan a buscar numericamente los parametros necesarios. Seguimosel desarrolo de Brown[2] y vemos que necesitamos una tension de descarga de ∼ 1180V.

I Verificamos que no dista mucho del amortiguamiento crıtico, pero se puede mejorar.

I Realizamos mediciones sobre una carga fantasma de impedancia representativa ∼ 1,47Ω, talcomo sugiere la hoja de datos de un fabricante de lamparas (Sintec Optronics).

I Se observa que a medida que la corriente disminuye, el nucleo ferromagnetico vuelve a la zona dehisteresis aumentando la inductancia aparente, lo que da lugar a un pulso que tarda mas en caer.

L=66u

C=100uV=715

R=0.52

R=1.47

0 1e-4 2e-4 3e-4 4e-4 5e-4 6e-4 7e-4 8e-4 9e-4

0

100

200

300

400

Tiempo [s]

Med

ido

Sim

ulad

o

Bobinadosecundario

Cargafantasma

[Vol

t]

Prospectiva

I Mejorar aislacion del transformador.

I Desarrollo del simmer.

I Mejorar la inmunidad frente a la interferencia en la Bobina de Rogowski.

I Lograr una forma de pulso mas cercana al amortiguamiento crıtico.

I Desarrollo de modelos circuitales para simular mejor los comportamientos alineales de la lampara y del nucleo ferromagnetico.

Bibliografıa

[1] W. Koechner. State Laser Engineering. Springer, New York, 2006.

[2] D. C. Brown and T.-S. N. Nee. Design of single mesh flashlamp driving circuits with resistive losses. IEEE Transactions on Electron Devices, 24:1285–1287,November 1977.

http://www.fi.uba.ar/laboratorios/glomae/ francisco.albani@gmail.com.ar