中小功率射频激励CO激光器电源的研究

摘要

在中小功率激光器加工领域，射频激励CO2激光器由于其卓越的性能而得到了广泛的应用。本文重点对中小功率射频激励CO2激光器电源系统进行了研究，并以射频电源的研制为重点，较为详细的介绍了射频电路分析和设计的一些基本知识，同时对整个激光器电源系统进行了分析。 射频激励CO2激光器电源的负载就是放电气体，射频的传输其实就是一个波的过程，所以负载的特性将会影响激光器电源射频功率的注入。本文较为详细分析了CO2激光器气体的放电原理，功率因素，具体计算CO2激光器放电理论模型，分析CO2激光器中气体的成分，对气体放电的增益，效率和功率做出理论推导。在此基础上建立了射频激励CO2激光器放电气体等效电路，为射频电源的成功研制准备了必要的条件。 在高频条件下，杂散电容和杂散电感对电路的影响非常大，所以射频电路无论是分析方法还是设计应用都与低频电路存在很大的不同。为了能更加清楚地从理论上说明问题，同时也为了以后技术更新的需要，对于射频电路的一些知识，比如元器件的射频特性、射频网络的知识、以及射频和微波电路分析设计所用到的散射参量等都作了详细的研究。然后以此为理论基础，设计出了50MHz~100MHz频率可调的信号源和100W放大器，其中产生的50MHz、100W信号具有功率可调性，可以直接用于100W射频激励CO2激光器，经过试验证明其性能稳定，达到了预期的指标。 在整个电源的设计过程中，不仅考虑了与其它设备的兼容问题，还特别对射频的核心技术—阻抗匹配作了详尽的研究。同时，给出射频分析和设计以及射频调试中应注意的问题。