在高功率激光器系統(tǒng)中，使用空間濾波器是抑制光束高頻成分的非線性增長(zhǎng)、改善光束傳輸質(zhì)量的有效措施之一。激光束在到達(dá)濾波器小孔位置時(shí)會(huì)發(fā)生空氣擊穿，因此管道內(nèi)必須達(dá)到一定的高真空，通過(guò)對(duì)選用的分子泵機(jī)組內(nèi)部控制電路的研究分析，設(shè)計(jì)了一套控制方案，很好地滿足了空間濾波器特定的使用要求。

　　空間濾波器由一對(duì)共焦正透鏡和共焦的濾波小孔組成，基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)(圖1)，清潔空氣的擊穿閾值為107w/cm²，當(dāng)激光的功率密度超過(guò)109w/cm²時(shí)，需要抽高真空至1×10^-3Pa，在不進(jìn)行全系統(tǒng)烘烤的情況下，分子泵組全速運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后系統(tǒng)真空度可達(dá)10^-5Pa，過(guò)高的真空度會(huì)加速管道內(nèi)部電纜、潤(rùn)滑脂的蒸發(fā)，進(jìn)而影響光學(xué)元件表面的潔凈度，因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為我們需要研制相應(yīng)的控制系統(tǒng)，將真空度控制在一定范圍內(nèi)，既要保證激光器系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又能減小內(nèi)部各類材料的蒸發(fā)量。

圖1 空間濾波器示意圖

　　2、方案設(shè)計(jì)

　　為了實(shí)現(xiàn)高真空度的可控，最簡(jiǎn)單的辦法就是降低高真空泵對(duì)真空腔體的抽速，可以采用以下兩種方案：

　　(1)在泵體與管道間增加一臺(tái)開(kāi)啟量可控閥門，通過(guò)控制閥門開(kāi)啟的大小來(lái)控制系統(tǒng)抽速；

　　(2)不增加其他設(shè)備，僅調(diào)節(jié)分子泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制系統(tǒng)抽速。比較后我們選用了第二種方案，由于真空計(jì)和分子泵控制器均自帶RS485通訊端口，利用真空計(jì)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)真空度，由工控機(jī)實(shí)時(shí)讀取真空值，當(dāng)讀數(shù)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，工控機(jī)控制分子泵控制器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，由此形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，見(jiàn)(圖2)。

圖2 控制設(shè)計(jì)

　　3、控制流程設(shè)計(jì)

　　(圖3)首先需要為控制系統(tǒng)設(shè)定3個(gè)參數(shù)：穩(wěn)定運(yùn)行所需的真空值、每次條件判斷后調(diào)整的轉(zhuǎn)速值和延遲時(shí)間，需要注意的是，由于分子泵達(dá)到10^-3Pa后真空值下降非常緩慢，對(duì)泵體調(diào)速后觀察到真空值變化也需要一定時(shí)間，所以t的設(shè)定需要經(jīng)過(guò)多次測(cè)試才能滿足使用要求，減小真空值的波動(dòng)。

圖3 流程設(shè)計(jì)

　　4、實(shí)驗(yàn)

　　TV551系列分子泵最小的可調(diào)轉(zhuǎn)速為1000rpm，為了保證控制精度，我們就取其最小值，空間濾波器日常運(yùn)行所需真空值設(shè)定為2×10^-3Pa，每次設(shè)定t值后觀察24小時(shí)內(nèi)真空值的變化量，結(jié)果顯示，當(dāng)延時(shí)設(shè)定在15min時(shí)，系統(tǒng)真空值變化量最小(表1)。

表1

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)分子泵機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)測(cè)試不斷改進(jìn)參數(shù)值，我們成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間濾波器內(nèi)部真空值的穩(wěn)定控制，誤差波動(dòng)范圍在±10%以內(nèi)，滿足了整個(gè)裝置正常運(yùn)行的要求。