若有意外發生，立即就醫，若眼球受傷，應找眼科大夫醫治。

(b) 雷射調校步驟標準程序 (i) 雷射共振腔

共振腔各種架構

本計畫所用的雷射共振腔，是使用穩定性最高，失調性最低的直角稜鏡組 Porro resonator。當然，它有較好優異點，也會比較難調出雷射架構，但是 雷射架構調好後，它的穩定性及失調性都最好，也就是說在嚴苛的高溫及寒冷 環境下，以及振動力強的基座上，它的穩定性及失調性都是最好的。

下圖是，傳統的雷射基本架構，簡單且只有最少元件。

下圖是，以使用高階轉折及穩定的雷射架構。

基本Porro 稜鏡組雷射共振腔是如圖一所示的四個光學雷射元件所組 成：其中兩個 Porro 稜鏡是共振鏡片組，雷射棒是核心材料，以及一個偏極 分光雷射輸出光件。

而以上兩圖所示，是Porro 稜鏡組雷射共振腔的雷射基本架構，簡單且只 有最少元件。跟我們完整穩定的下圖共振腔結構還少了二十個元件呢。

(ii) 雷射調校 中心軸線 對光

第二元件加入

第二元件及以上加入順序 雷射對光調校

雷射優化調校 (附動態檔案)

對任何一個雷射系統裝備，甚或雷射發射器本身，我們永遠要記住“雷射＂

的名稱，應該是“調雷射＂的通用簡化名稱。因為雷射的架構是調出來的，而且 要優化調校也就是說把它配合所有的變數調到最高能量、最佳波長、最佳脈衝以 及最佳光點等的輸出。再者，任何基座，固定、鎖死、封膠後，隨環境不同、振 動、應力等一定會有微失調。如果失調過大，造成能量降低，那當然要把雷射調 回來。當然，雷射是一個非常複雜，動態的，光電非線性的，光電元件所組成的。

任何雷射光電元件。一定會有衰退及驅動偏移的現象，如果衰退及驅動偏移過 大，造成能量降低，那當然要把雷射調回來。

綜上所知，雷射是要調出來，雷射是要優化調校出來，雷射是要失調調回來，

以及雷射是要衰退及驅動偏移調回來的。

本計畫中已經詳細建立量測、調校、更換元件的標準步驟，只要繼續專心研 習，累積經驗，當然可以解決雷射的所有基修問題了。

(iii)多元件雷射調校及步驟標準程序

多元件雷射調校照片、3D 照片，另備光碟片及動畫送軍方需求單位。

前視圖(Front view)

側視圖(Side view)

下視圖(Down view)

前視圖(Front view)

側視圖(Side view)

下視圖(Down view)

前視圖(Front view)

側視圖(Side view)

下視圖(Down view)

5.3. 雷射驅動系統及介面解析及試製 (a) 雷射驅動系統

(i) 雷射電源供應器

主電源供應電壓及電流需要 主電源模組

雷射測距追踪導引定位儀，其系統電源，有多種不同的主電源供應電壓及電 流。實用上，大多採用實驗室基本電源供應最方便，也就是說用室內的110V 或 220V 主電源供應電壓及電流。當然為了高脈衝率的追踪導引有的雷射測距追踪 導引定位儀，其系統電源主電源供應電壓及電流，用的是480V 主電源供應電壓 及電流。

但是雷射測距追踪導引定位儀，其內部系統電源，則要用直流的電壓及大電 流供應，而其電壓，則是通常軍規裝備通用的24V 或 28V 直流電源供應電壓及 所有的電流。

下面電源佈線圖，是基本電源供應。再經過系統的電源模組，變壓成軍規裝 備通用的24V 或 28V 直流電源供應電壓。或直接接到大武器系統的軍規裝備 24V 或28V 的主直流電源供應。

TM 9-1260-479-30Figure 1-15. LTD System Block Diagram1-16

TM 9-1260-479-30 Figure 1-15. LTD System Block Diagram 1-16

(ii) 雷射激勵電源供應器 充電電路設計 儲能電容器 高壓量測探棒

從上一節中，我們知道主電源供應，可以是交流多相的室內電源，或是直流 的裝備電源。

而電源供應，最主要的是提供全系統各個所使用的電源。雷射測距追踪導引 定位儀，其系統電源，首先要提供的就是，雷射激勵閃光燈的充電及電容器儲能。

下圖是，雷射激勵閃光燈的，反覆共振式雷射激勵閃光燈的充電電路設計 (resonance laser energy storage capacitor charger)。當然我們為了系統的完整說明，

也把雷射激勵閃光燈的觸擊發電路設計(laser flashlamp trigger circuit )，和雷射激 勵閃光燈的脈衝形成電路設計(laser flashlamp pulse forming network PFN)，也一 起顯示出來。

下圖是，未來如果有賡續需求，我們將完成並提供我們額外自製的雷射激勵 閃光燈的，反覆共振式雷射激勵閃光燈的充電電路板模組，雷射激勵閃光燈的觸 擊發電路板模組，和雷射激勵閃光燈的脈衝形成電路也一起自製出來，安裝在一 雷射激勵電源供應器內。當然，這雷射激勵電源供應器內還要有儀器開關、輸入

電源指示燈、充電電壓顯示錶或面板、雷射閃光燈擊發按鈕、雷射閃光燈高壓大 電流接線端子組、雷射閃光燈高壓線端子等。希望測試調校完畢後，免費額外提 交軍方單位，以為雷射修護工作自有儀器。

我們在計畫過程中，也曾經希望採購合用的雷射激勵電源供應器，甚或開規 格國內委製。但是相關廠家，皆因為高壓、大電流、快速充放電、可調閃光燈高 電壓、可調閃光燈擊發高電壓等等要求，而不能提供產品。更不用講，事實上很 多元件都要軍規。而且就算我們提供技術及經驗，協助配合廠家製作，光就這個 雷射激勵電源供應器的價格，實算成本，也一定比本一年期計畫所有全部經費還 要高。軍方單位也協助找尋商源，也都發覺採購委製都非常困難。所以我們也只 能全力自製雷射激勵電源供應器，以為雷射修護工作自有儀器。

當然，我們也可以參考下圖等的，雷射激勵閃光燈的，快速充電電路設計 (rapid energy storage capacitor charger)。

參考用反覆共振式雷射激勵閃光燈的充電電路設計(Resonant charging)也 有如下電路設計:

Chopper charging to high voltage PFN

Simulation of the chopper

Flowchart of chopper charger control

Fast high voltage transistor switches - model series HTS, Behlke Electronic GmBH, Germany

The charge takes place after each discharge of the PFN. This is a no command charge (diode instead of a switching device) or free running charge. The repetition rate is dictated by the charge choke, the PFN-capacitors and the delay to the discharge command. During that time there is a certain voltage drop by the leakage of the PFN, so the repetition rate is adjustable only within a small range.

To stabilize the PFN unit a de-Q-ing system has added[1] on a secondary of the charging choke.

Whenever the correct pfn-voltage has attained, the de-Q-ing thyristor has triggered and the stored energy of the charge choke has stored in the capacitor and dissipated in the resistor. Hereby it provokes a voltage drop on the charging device which blocks the pfn-voltage. To reach a stable voltage on the PFN, the de-Q-ing system can be triggered on the bases of;

Power-supply level.

To change the PFN-level we had to change the power supply level. The de-Q-ing go with it and dissipate only the ripple of the power supply.

Minimum and maximum delay after the start of charging.

A too short delay means high dissipation in the de-Q-system, so the power supply level has decreased to keep the PFN level by a reasonable dissipation.

A too long delay means no de-Q-ing, so no stable PFN voltage, so the power supply level has increased.

In the example the charge time is about 1ms. The manufacturing of chokes is laborious. Chokes are dissipating elements too but are stable, robust and reliable.

A line-type modulator with resonant charging.

Simulation of resonant charged modulator with de-Q-ing.

G.N.Glasoe, L.V.Lebacqz, "Pulse Generators", McGraw-Hill 1948

Resonant charging by command

To explain a resonant charging by command there is chosen for a complete solid state module as used in the MEA-modulator [1].

A solid state linetype modulator module

In this modulator the module is used with a cycle pulse transformer. In this design is used a command charge system and a non-dissipating level system (SLS = Stabilizing and Levelling System).

Just before a pulse the charging of the PFN takes place. The advantage is that there is always the same leakage during a short as possible time. This means a more stable output then a free running system independent of the repetition rate.

If the PFN is charged to the right level the SLS-thyristor is triggered. After triggering of the

SLS-thyristor the remaining energy of the charging coil together with the nominal charge is stored in the capacitor of the SLS-system. The charge switch is not conducting (anode lower voltage then cathode) and afterwards the energy is stored back in the main power supply by the diode/thyristor. In such a case a not regulated power supply can be used because there are only transfer losses.

simulation of a resonant charge system with a SLS-sytem

Solid state line-type modulator module

45kg, 125x60x20cm, 1000V-500A-50us pulse, rep.rate <500Hz

P.J.T.Bruinsma, E.Heine et al., "An all solid state line-type modulator", IEEE Trans. on Nucl.Sci. NS-20 1973

注意其體機大小及重量。

(iii)雷射閃光燈脈衝成形電路 閃光燈放電動態阻抗 PFN 閃光燈脈衝成形電路 PFN R L C 元件

閃光燈脈衝成形電路 Pulse Forming Network，PFN，是高效益雷射非常重要 的因素。它的全部組成只有電容、電感及閃光燈三個元件而已。但是由於閃光燈 放電的動態阻抗，及電容、電感特性，如我們在前面的分析，它是隨閃光燈的時 間每一瞬間都是動態阻抗及電流電感的特性。使得選擇那一類型閃光燈、儲存能 量的電容器及電容值大小、和電感值大小是一組非線性且隨時間瞬時變化的複雜 動態的特性。

下圖是它的特性顯示，如我們在前面的分析，它是隨閃光燈的時間每一瞬間 都是動態阻抗及電流電感的特性。

而實際利用閃光燈放電的動態阻抗，及電容、電感特性，模擬及優化閃光燈 脈衝成形電路Pulse Forming Network PFN，的基本電容、電感及閃光燈參數值，

我們可以得到閃光燈脈衝成形電路的結果，如下圖所示:我們可以清楚看出來，

優化的閃光燈脈衝成形電路的結果，越近似一方波型式，閃光燈放出的光越強，

雷射的輸出也更高。

下圖照片，是閃光燈脈衝成形電路Pulse Forming Network PFN，的基本電 容、電感及閃光燈元件的照片。

以下是閃光燈脈衝成形電路Pulse Forming Network PFN，的基本結構圖，

閃光燈參數值，以及驅動電路圖。

以及閃光燈脈衝成形電路Pulse Forming Network PFN，它的全部組件電容、

電感及閃光燈三個元件，其相關參考數值。但是由於閃光燈放電的動態阻抗，及 電流電感特性，如我們在前面的分析，它是隨閃光燈的時間每一瞬間都是動態阻 抗及電流電感的特性。使得選擇那一類型閃光燈、儲存能量的電容器及電容值大

小、和電感值大小需要實際且較多的經驗。

下圖是，整個雷射激勵閃光燈系統的，示意圖及介面圖示。

下列資料表，是外國廠商，部份雷射驅動電源供應器成品規格。當然與在 我們計畫系統內的參數是有不同，但是仍非常值得摘錄，俟軍方單位有預算也可 以採購，再加調整，是可以當實驗室儀器設備。

(iv) 閃光燈觸擊發電路 閃光燈觸擊發電壓額值 閃光燈觸擊發電壓產生 閃光燈觸擊發電壓極性 閃光燈觸擊發電壓時間寬 閃光燈觸擊發電壓電路及模組

下圖是，我們設計的自製雷射驅動電路圖。其中對閃光燈有非常重要的，閃 光燈觸擊發電壓電路及模組。由於雷射閃光燈是一充滿 Xenon 的，高壓 450torr 氣體。要讓閃光燈驅動，則是要一高電壓加到閃光燈的電極一端，讓此高電壓造 成與閃光燈的電極間的弧光放電，進而產生電漿放電而發光。

我們研究實做的結果得知，閃光燈觸擊發電壓額值需要達到 1.5KV 以上，

閃光燈才會穩定的每次觸擊動，且閃光燈的發光光譜，在相同的輸出能量，及相 同的脈衝形成電路參數下，才會穩定。此外閃光燈觸擊發電壓要串聯連接，閃光 燈觸擊發電壓產生需要大於100ns 的脈衝寬度，閃光燈觸擊發電壓極性以負高壓 最佳。

以下是我們研究結果的參考閃光燈工作區域資料: