rf co2激光電源類別及原理

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1、RFCO2激光電源類別與原理　　1引言　　自1973年第一臺(tái)射頻（RF）波導(dǎo)激光器問世至今已26年多。最初是將線圈繞在波導(dǎo)上，實(shí)現(xiàn)了RF激勵(lì)波導(dǎo)激光器的發(fā)光。它首次顯示了低電壓激勵(lì)的優(yōu)越性。那時(shí)，還有許多不完善的地方。存在的主要缺點(diǎn)是：放電不均勻，耦合效率差、線圈電感太大，限制RF頻率的提高，只能在幾MHz以下工作等?！　”M管已有26年多的研制、使用歷史，但當(dāng)前它仍處于發(fā)展與改進(jìn)階段。其總的研制方向是：降低成本、增長(zhǎng)壽命、提高輸出功率和效率、減小體積和質(zhì)量，改進(jìn)可靠性，提高各項(xiàng)性能指標(biāo)，以適應(yīng)各種用途的需要?！　FCO2激光器工作頻率按ISM

2、規(guī)定為27～40MHz；其主要分類如下所述：　?。?）按輸出方式分　　1）連續(xù)輸出；　　2）脈沖輸出——調(diào)制頻率高達(dá)1MHz；　　3）Q開關(guān)輸出——電光調(diào)Q與聲光調(diào)Q?！　。?）按諧振腔的工作分　　1）波導(dǎo)腔——孔徑D=1～3mm；　　2）自由空間腔——孔徑D=4～6mm?！　。?）按激勵(lì)極性分　　1）單相；　　2）反相?！　。?）按腔體結(jié)構(gòu)分　　1）單腔；　　2）多腔；　?。╝）折疊腔：V型——2折；Z型——3折；X型——4折。　?。╞）列陣腔：短肩列陣；交錯(cuò)列陣?！　。╟）積木式：并聯(lián)—2腔；三角組聯(lián)—3腔?！　?）大面積放電　　（a）平板

3、型，（b）同心環(huán)型。　?。?）按均恒電感分布方式分　　1）準(zhǔn)電感諧振技術(shù)—用于低電容激光頭；　　2）平行分布電感諧振技術(shù)—用于高電容激光　　頭?！　。?）按諧振腔材料分　　1）陶瓷—金屬混合型；2）全陶瓷型；3）全金屬型?！　。?）按冷卻方式分　　1）空氣冷卻；2）水冷卻?！　。?）按封裝方式分　　1）封離型；2）流動(dòng)型?！　≈C振腔的材料一般為：金屬—A1。陶瓷—BeO，BN、AIN、Al2O3等?！　?技術(shù)條件　　用于CO2激光器的典型工作氣體內(nèi)含有：二氧化碳、氮、氦和氙。氮?dú)夂秃庥欣诜烹姷木鶆蛐?。氙氣?duì)RF放電激光器的功率和效率具有積極

4、影響。添加5％氙氣可使功率提高24％。　　通常單模結(jié)構(gòu)器件，單位長(zhǎng)度注入的連續(xù)（射頻）激勵(lì)功率限于2～6W/cm，轉(zhuǎn)換效率為10％～20％，對(duì)激光電源的一般要求為：穩(wěn)定可靠、維修方便、效率高、尺寸小、成本低?！　【唧w技術(shù)條件如下：　　輸入?yún)?shù)：交流輸入電壓220V；交流輸入電流1.5A；開關(guān)電源輸出直流電壓30V；開關(guān)電源輸出電流8A?！　F電源：輸入功率160W；工作頻率40MHz；輸出波形正弦波；帶寬△f±3MHz；效率70％。　　調(diào)制器：脈沖調(diào)制頻率0～100kHz方波連續(xù)可調(diào)；占空比連續(xù)可調(diào)；幅度調(diào)制度100％?！　?原理電路　　RF

5、CO2激光電源由5部分組成［1］，如圖1所示。　　圖1RFCO2激光器電源原理框圖　　圖1中第1部分為整流濾波電路，采用全波橋式整流與電容濾波將220V交流變?yōu)?11V平滑直流。第2部分為開關(guān)電源，將311V直流變?yōu)?00kHz脈沖電流，再經(jīng)電容、電感濾波后變?yōu)?0V、8A直流。第3部分包括由振蕩器與放大器兩部分組成的RF電路（如虛線框內(nèi)所示）。將輸入直流經(jīng)晶振變?yōu)?0MHz，6W射頻。再經(jīng)14.28dB增益的放大器，放大后輸出為40MHz，160W。第4部分為脈沖工作的調(diào)制器。第5部分為匹配網(wǎng)絡(luò)?！　”疚膶⒅攸c(diǎn)介紹第3部分和第4部分。電路如圖

6、2所示。振蕩器由晶體管V2、電感線圈L1、電容器C5、C7、電阻R11、R12、石英晶體振蕩器G等組成。晶體振蕩電路產(chǎn)生6W、40MHz正弦振蕩波，經(jīng)3：1傳輸線變壓器T，推動(dòng)推挽功率放大器。推挽功率放大器由晶體管V3、V4，電感L3、L2，電阻器R13、R14、R15，電容器C9、C10和變壓器T組成D類電流開關(guān)推挽放大器，兩個(gè)晶體管輪流導(dǎo)通。為了追求小型化，提高效率是關(guān)鍵，因而采用D類電流開關(guān)推挽放大器是一種必然結(jié)果。這一點(diǎn)可由下述工作過程的分析清楚地看出?！　‘?dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，C極電流的基波分量為最大，回路中點(diǎn)電壓也等于最大值Umax，在中

7、心點(diǎn)處的電壓平均值等于電源電壓。因此（當(dāng)UCC≈30V時(shí)），　　由此得出：　　Umax=（π/2）（UCC－UCS）＋UCS（2）　　C極回路兩端交流電壓峰值為：　　UCmax=2（Umax－UCS）=π（Ucc－Ucs）（3）　　基波分量振幅為：（2/π）ICC，因而回路產(chǎn)生基頻電壓振幅為：　　UCmax=（2/π）ICCR（5）　　將（3）式代入（5）式即得：　　ICC=πUCmax/2R=（π2/2R）（UCC－UCS）（6）　　則輸出功率：　　P0=U2Cmax/2R=（π2/2R）（UCC－UCS）2（7）　　DC輸出功率：　　PDC

8、=ICC.UCC=（π2/2R）（UCC－UCS）UCC（8）　　C極耗散功率：　　PC=PDC－P0=（π2/2R）（UCC－UCS）UCS（9）