sistema de bombeo Óptico para láser de...
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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/ [email protected]