高功率軸快流CO2激光器高效穩(wěn)定放電方法研究.pdf

1、高功率軸快流CO2激光器氣體放電的穩(wěn)定性和效率是制約軸快流CO2激光器向更高功率發(fā)展的關(guān)鍵問題。為了在高功率軸快流CO2激光器中獲得高效穩(wěn)定的氣體放電，論文對(duì)氣體放電的特性及其相關(guān)問題進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。論文的主要內(nèi)容包括：
　　 (1)對(duì)輝光放電的特征進(jìn)行了分析，指出了影響輝光放電穩(wěn)定性的幾大因素，并分析了在高功率軸快流CO2激光器中消除輝光放電不穩(wěn)定性的措施。對(duì)激光器的電光轉(zhuǎn)換效率的影響因素進(jìn)行了分析。
　　 (2

2、) 設(shè)計(jì)了用于直流激勵(lì)的高壓開關(guān)電源，制作了電源樣機(jī)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，電源可以工作在連續(xù)、脈沖、超脈沖三種模式下，電源效率>85％，并且不需要串接限流電阻，提高了激光器整機(jī)的效率。直流放電電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24％。對(duì)三種直流放電管的流場特征進(jìn)行了分析，并在4000W的軸快流CO2激光器上對(duì)三種放電管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，理論模擬中流場均勻的放電管在SIMMER放電、脈沖放電、高功率放電中均優(yōu)于流場不均勻的放電管，在氣體速度保

3、證放電區(qū)域的溫升不足以影響激光器效率的情況下，這時(shí)提高氣體流場的均勻性的效果要優(yōu)于提高氣體流速。
　　 (3) 建立了射頻放電的理論模型，并通過數(shù)值方法計(jì)算了放電區(qū)內(nèi)電子密度和電場強(qiáng)度的空間分布。研究了射頻放電的擊穿特性和負(fù)載阻抗特性。分析了射頻功率傳輸理論，并根據(jù)理論計(jì)算所得到的負(fù)載阻抗，采用SMITH圓圖法設(shè)計(jì)了射頻放電的匹配網(wǎng)絡(luò)。
　　 (4) 介紹了10kW射頻激勵(lì)軸快流CO2激光器的整體設(shè)計(jì)，進(jìn)行了阻抗匹配的實(shí)

4、驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)確定了匹配網(wǎng)絡(luò)的最佳參數(shù)，在單臺(tái)電源注入功率36kW的情況下，反射功率<0.6kW。采用兩臺(tái)電源并聯(lián)激勵(lì)，在注入功率45kW的情況下，得到了穩(wěn)定的輝光放電，激光功率達(dá)到10kW，最高電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.5％。
　　 (5)對(duì)激光器及功率的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了信號(hào)處理的濾波隔離電路，并對(duì)氣體放電的監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，采用電流反饋時(shí)功率波動(dòng)<±1.5％。同時(shí)研究了基于尾鏡取樣的功率監(jiān)測和反饋穩(wěn)定系統(tǒng)，采用