Pulse power supply of diode-pumped solid-state lasers

Authors

  • М.И. Дзюбенко
  • И.В. Коленов
  • В.П. Пелипенко
  • Н.Ф. Дахов

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2020.2.201.18

Keywords:

power supply, diode pumping, laser rulers, erbium laser

Abstract

Recently, solid-state pumped semiconductor lasers have become increasingly widespread. Lasers of this type have several advantages over solid-state lasers with lamp pumping. First of all, this is high efficiency, long service life, small dimensions and weight. The use of semiconductor laser diodes for pumping solid-state active media imposes a number of rather stringent requirements on the power sources of laser diodes. The power source should provide rectangular current pulses with a flat top, a steep leading edge of the pulses and the absence of reverse current surges at the trailing edge.

A pulsed power source for a diode pump system of a ytterbium-erbium laser was developed, manufactured and studied. In this source, the control unit provides functions for protecting the load in emergency conditions, controlling the charge of the storage capacitors to the required voltage and generating current pulses to power the laser diode line. The current is regulated by a field effect transistor operating in a linear mode. The load is included in the source circuit of the field-effect transistor, and the reference signal is generated by the DAC of the microcontroller. Such an approach made it possible to create a relatively simple, reliable and small-sized laser power source with a wide range of adjustment of the duration and amplitude of current pulses. This makes it possible to select the optimal operating mode depending on the characteristics of the active medium of the laser. Particular attention is paid to solving the problems of protecting expensive rulers of laser diodes from failure. The developed source can be used to pump other solid-state lasers with shorter lifetimes of the upper laser level than erbium.

References

Импульсные источники света ; под ред. И.С. Маршака. Москва : Энергия, 1978. 472 с.

Вакуленко В. М., Иванов Л. П. Источники питания лазеров. Москва : Сов. радио, 1980. 104с.

Грамаков А. А., Фефелов А. П., Чернышев А. В. Высокоэффективные источники накачки для непре-рывных твердотельных лазеров // Лазерные системы и их применение: Сб. тр. Москва, 2004. С. 45 – 46.

Грамаков А. А., Фефелов А. П., Чернышев А. В. Высокоэффективные источники накачки для импульсных полупроводниковых лазерных линеек // Наука и образование. 2012. № 4. С. 1-8.

Boutchenkov V. et al. High efficiency diode-pumped Q-switched Yb:Er:Glass lasers // Optics Communications. 2000. Vol. 177. Р. 383 – 388.

Sennaroglu A. Solid-State Lasers and Application. Taylor & Francis Group, LLC. 2007. P. 552.

Абазадзе А.Ю., Быков В.Н., Зверев Г.М., Плешков А.А., Симаков В.А. Высокоэффективный мини-лазер с импульсной полупроводниковой поперечной накачкой дя безопасной лазерной дальнометрии // Квантовая электроника. 2002. Т.32, №3. С.210 – 212.

Dzyubenko M.I., Konradiy V.A., Maslov V.V., Nikolaev Yu.P., Shevchenko V.V. Aluminium barium phosphate glass laser emitting at λ = 1,54 µm / // Functional Materials. 2008. V.15, No.3. P.455 – 458.

Koehner W. Solid-State Laser Engineering. Springer. 2013. P. 750.

Thompson M. T. and Schlecht M. F. High power laser diode driver based on power converter technology // IEEE Trans. Power Electron. 1997. Vol. 12. No. 1. P. 46 – 52.

Anil K. Maini. Lasers and Optoelectronics: Fundamentals, Devices and Applications. Dehli: Wiley, 2013.

Xiao H. et al. Development of a high-stability at-top pulsed magneticeld facility // IEEE Trans. Power Electron. 2014. Vol. 29. No. 9. P. 4532 – 4537.

Penovi E., Retegui R.G., Maestri S., Uicich G., and Benedetti M. Multistructure power converter with h-bridge series regulator suitable for high-current high-precision-pulsed current source // IEEE Trans. Power Electron. 2015. Vol.30. No. 12. P. 6534 – 6542.

Glover S.F., White F.E., Reed K.W., and Harden M.J. Genetic optimization for pulsed power system conguration // IEEE Trans. Plasma Sci. 2009. Vol. 37. No. 2. P. 339 – 346.

Zhao Q., Cao R., Wang D., Yuan J., and. Li S. Pulse power supply for high-power semiconductor laser diode arrays with micro-current pre-start control // IEEE Access. 2018. Vol. 6, P. 76682 – 76688.

Zhao Q., Li S., Cao R., Wang D., and Yuan J. Design of pulse power supply for high-power semiconductor laser diode arrays // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 92805 – 92812.

Дзюбенко М.І., Колєнов І.В., Пелипенко В.П., Дахов М.Ф. Імпульсне джерело живлення лазерних діодних лінійок для накачування ербієвого лазера // Тези доп. ХV міжнар. наук. конф. «Новітні технології – для захисту повітряного простору», 10-11квітня 2019 р., м. Харків. С.503 – 504.

Low Cost Isolated RS-485 Transceivers [Электронный ресурс] // NVE Corporation. Режим доступа: https://www.nve.com/Downloads/il3085.pdf.

Дзюбенко М.І., Колєнов І.В., Пелипенко В.П., Дахов М.Ф. Ербієвий лазер з діодною накачкою і модульованою добротністю // Тези доп. ХV між нар. наук. конф. «Новітні технології – для захисту повітряного простору», 10-11квітня 2019 р., м. Харків. С.504 – 505.

Дзюбенко М.І., Коленов І.В., Пелипенко В.П., Дахов М.Ф. Лазер на эрбиевом стекле с диодной накачкой // Радиотехника. 2019. № 199. С. 104 – 109.

Дзюбенко М.І., Колєнов І.В., Пелипенко В.П., Дахов М.Ф. Безпечний для зору лазерний далекомір // Тези доп. ХІХ наук.-техн. конф. «Створення та модернізація озброєння і військової техніки в сучасних умовах», 5-6 вересня 2019 р., м. Чернігів. С. 83 – 84.

How to Cite

Дзюбенко, М., Коленов, И., Пелипенко, В., & Дахов, Н. (2020). Pulse power supply of diode-pumped solid-state lasers. Radiotekhnika, 2(201), 186–193. https://doi.org/10.30837/rt.2020.2.201.18

Issue

Section

Articles