大功率射頻CO-,2-激光器激勵(lì)特性研究.pdf

1、射頻激勵(lì)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(yàn)研究了大功率射頻激勵(lì)CO2激光器的激勵(lì)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(jì)了30kW自激式射頻激光電源。選擇RS3041CJ 電子管組成電容三點(diǎn)式諧振電路，分析了電子管的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作參數(shù)；計(jì)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(jì)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(dòng)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(yàn)證了射頻激勵(lì)氣體放電均勻性。當(dāng)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(shí)，分別采用電極側(cè)面對(duì)稱和不對(duì)稱并聯(lián)電感，以獲得電壓分布均勻。對(duì)于40mm×500mm電極和200mm×1000mm電極，當(dāng)采用中間饋入和電極側(cè)面饋入時(shí)，前者可分別獲得波動(dòng)小于1.5%的和2%的二維電壓分布；后者可分別獲得波動(dòng)小于2.5%和3%二維電壓分布。實(shí)驗(yàn)研究

4、了氣體放電輝光強(qiáng)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(duì)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(fù)載匹配特性。分析計(jì)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(dǎo)出負(fù)載變化時(shí)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(yàn)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(diǎn)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(duì)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(duì)光腔反射鏡的熱變形和溫度分布進(jìn)行仿真，建立了射頻注入功率變化與鏡片同步加熱補(bǔ)償?shù)年P(guān)系曲線，獲得了反射鏡曲率形