RFCO2激光电源类别与原理

  自1973年第一台射频(RF)波导激光管问世至今已26年多。最初是将线圈绕在波导上,实现了RF激励波导激光管的发光。它首次显示了低电压激励的优越性。那时,还有许多不完善的地方。存在的主要缺点是:放电不均匀,耦合效率差、线圈电感太大,限制RF频率的提高,只能在几MHz以下工作等。

  尽管已有26年多的研制、使用历史,但当前它仍处于发展与改进阶段。其总的研制方向是:降低成本、增长寿命、提高输出功率和效率、减小体积和质量,改进可靠性,提高各项性能指标,以适应各种用途的需要。

  RFCO2激光管工作频率按ISM规定为27~40MHz;其主要分类如下所述:

  (1)按输出方式分

  1)连续输出;

  2)脉冲输出——调制频率高达1MHz;

  3)Q开关输出——电光调Q与声光调Q。

  (2)按谐振腔的工作分

  1)波导腔——孔径D=1~3mm;

  2)自由空间腔——孔径D=4~6mm。

  (3)按激励极性分

  1)单相;

  2)反相。

  (4)按腔体结构分

  1)单腔;

  2)多腔;

  (a)折叠腔:V型——2折;Z型——3折;X型——4折。
最后是关于激光头的准电感谐振技术。为了使输入射频沿激光管长度,电压分布均匀,加入一对电感并联在谐振腔上下电极之间。这样,由于电感负导纳的补偿作用,使激光管沿长度上的驻波比大大下降,失配角小于9°,理论计算结果电压不均匀度小于3%。
  (b)列阵腔:短肩列阵;交错列阵。

  (c)积木式:并联—2腔;三角组联—3腔。

  3)大面积放电

  (a)平板型,(b)同心环型。

  (5)按均恒电感分布方式分

  1)准电感谐振技术—用于低电容激光头;

  2)平行分布电感谐振技术—用于高电容激光头。

  (6)按谐振腔材料分

  1)陶瓷—金属混合型;2)全陶瓷型;3)全金属型。

  (7)按冷却方式分

  1)空气冷却;2)水冷却。

  (8)按封装方式分

  1)封离型;2)流动型。

  谐振腔的材料一般为:金属—A1。陶瓷—BeO,BN、AIN、Al2O3等。

 2、技术条件

  用于CO2激光管的典型工作气体内含有:二氧化碳、氮、氦和氙。氮气和氦气有利于放电的均匀性。氙气对RF放电激光管的功率和效率具有积极影响。添加5%氙气可使功率提高24%。

  通常单模结构器件,单位长度注入的连续(射频)激励功率限于2~6W/cm,转换效率为10%~20%,对激光电源的一般要求为:稳定可靠、维修方便、效率高、尺寸小、成本低。

  具体技术条件如下:

  输入参数:交流输入电压220V;交流输入电流1.5A;开关电源输出直流电压30V;开关电源输出电流8A。

  RF电源:输入功率160W;工作频率40MHz;输出波形正弦波;带宽△f±3MHz;效率70%。

  调制器:脉冲调制频率0~100kHz方波连续可调;占空比连续可调;幅度调制度100%。

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