大功率射頻CO-,2-激光器激勵特性研究.pdf

1、射頻激勵大功率CO2激光器是目前國際上大功率激光切割或焊接應(yīng)用的主力光源及重要發(fā)展方向。本文系統(tǒng)地理論分析及試驗研究了大功率射頻激勵CO2激光器的激勵電源、射頻傳輸、射頻氣體放電等離子體、氣體放電均勻性以及射頻功率調(diào)制特性。論文主要研究工作如下。
　　 (1)分析設(shè)計了30kW自激式射頻激光電源。選擇RS3041CJ 電子管組成電容三點式諧振電路，分析了電子管的靜態(tài)和動態(tài)工作參數(shù)；計算了屏極諧振槽路和柵極反饋回路的元件參數(shù)；建

2、立了電子管振蕩放大電路的仿真模型。仿真結(jié)果表明，該電源電路可以獲得功率為30kW、頻率為83MHz的射頻功率輸出。
　　 (2)提出了大面積射頻板條放電的二維電壓分布理論模型。計算分析了40mm×500mm電極在2kW注入功率下，和200mm×1000mm電極在30kW注入功率下的二維電壓分布函數(shù)曲線，其二維電壓波動最大值分別為25%和65%；提出了一種在縱向采用并聯(lián)諧振電感、橫向采用終端并聯(lián)電抗元件的理論模型，以解決放電電壓

3、二維分布不均勻性。
　　 (3)建立了維持氣體均勻放電的二維均壓理論模型并驗證了射頻激勵氣體放電均勻性。當縱向射頻饋入為中間饋入、橫向分別采用中間饋入和電極側(cè)面饋入時，分別采用電極側(cè)面對稱和不對稱并聯(lián)電感，以獲得電壓分布均勻。對于40mm×500mm電極和200mm×1000mm電極，當采用中間饋入和電極側(cè)面饋入時，前者可分別獲得波動小于1.5%的和2%的二維電壓分布；后者可分別獲得波動小于2.5%和3%二維電壓分布。實驗研究

4、了氣體放電輝光強度隨注入功率和氣壓的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)均壓電感分布對氣體放電均勻性的影響規(guī)律與理論模型基本一致。
　　 (4)研究了射頻電源傳輸及負載匹配特性。分析計算了40mm×500mm電極和200mm×1000mm電極的放電氣體等效阻抗及射頻傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)；采用Π型和L型匹配，利用Smith圓圖法，推導出負載變化時匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化規(guī)律，得出了最佳匹配網(wǎng)絡(luò)類型和元件選擇；并通過自適應(yīng)匹配調(diào)節(jié)裝置，保持駐波比小于1.2。

5、　　 (5)試驗研究了射頻板條激光器的功率調(diào)制與控制特性。分析了激光器的點火、維持、連續(xù)、脈沖等調(diào)制脈沖參數(shù)；開發(fā)了DSP脈寬調(diào)制器硬件電路及相關(guān)軟件，獲得了符合大功率射頻激光器功率控制及脈沖調(diào)制特性要求的波形輸出。
　　 (6)研究了大功率射頻注入功率對光腔鏡片熱變形、激光光束輸出畸變的影響關(guān)系。利用有限元分析法對光腔反射鏡的熱變形和溫度分布進行仿真，建立了射頻注入功率變化與鏡片同步加熱補償?shù)年P(guān)系曲線，獲得了反射鏡曲率形