高功率板條CO2激光器射頻放電技術研究.pdf

1、高功率射頻板條CO2激光器是工業(yè)應用CO2激光器非常重要的一種類型,已經成為激光焊接和切割的主力光源和重要發(fā)展方向。本文針對高功率板條CO2激光器的射頻放電特性,系統(tǒng)分析并實驗研究了射頻激勵氣體放電特性、大功率射頻電源及傳輸匹配、大面積射頻放電的平板電極、激光器功率控制及抗干擾措施。論文主要內容包括以下幾個方面:
　　(1)根據射頻放電氣體理論模型,指出射頻激勵板條激光器需工作在α放電模式,給出了一維射頻放電模型。通過實驗分析激勵

2、頻率對放電特性的影響,主要包括頻率對擊穿電壓的影響、頻率對射頻輝光放電區(qū)結構的影響,在此基礎上總結了一些選擇放電頻率的規(guī)律。在大量實驗數據的基礎上給出了氣體配比和氣壓選擇的方法。
　　(2)針對高功率射頻板條CO2激光器的射頻功率源的要求,設計了基于電子管的大功率自激式射頻電源,包括直流高壓回路、燈絲加熱電路、柵極調制電路以及產生射頻功率的振蕩放大電路。在振蕩和功放電路部分,計算了電子管的工作模型和元件參數。確定了射頻電源和放電負

3、載直流的阻抗匹配方案,并給出了計算匹配參數的方法。提出了縱向采用并聯諧振電感的均壓方式,當電極縱向和橫向分別為中間饋入和側面饋入方式時,在電極側面電感不對稱分布條件下通過計算,得到了整個電極的二維均壓模型,并通過實驗進行了驗證。
　　(3)針對擴散冷卻平板電極的結構和熱環(huán)境,設計了蛇形和改進的蛇形等電極的冷卻水流道方案,通過仿真得到電極的溫度場分布并進行比較,得知最理想的流道方案為改進的蛇形方案。通過對不同流道設計的電極進行放電出

4、光實驗,改進蛇形水道電極在高占空比時,激光功率增益飽和的現象沒有出現,可以認為該流道設計滿足了在最大占空比條件下冷卻氣體溫度的要求。
　　(4)通過對激光器功率控制方式的研究,設計了基于透過率0.5％的球面取樣鏡和熱電偶堆的功率取樣單元,采用改變脈沖寬度對注入的射頻功率進行調節(jié),考慮到產生PWM波的穩(wěn)定性和實時反饋的要求,設計了專用的功率控制電路板,通過上位機PLC和下位機CPLD的通訊,完成了優(yōu)化的激光功率反饋控制,提高了激光功