專(zhuān)利名稱(chēng):脈沖射頻板條co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種脈沖射頻板條CO2激光器,尤其是涉及一種脈沖射頻板條CO2激光器的起輝、穩(wěn)定放電方法。屬激光器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
脈沖射頻板條CO2激光器使用全固態(tài)脈沖射頻源作為它的激勵(lì)能源。全固態(tài)脈沖射頻源使用了大量的大功率場(chǎng)效應(yīng)管,經(jīng)受反射功率沖擊的能力很弱,嚴(yán)格控制反射功率不超過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的破壞閾值,是全固態(tài)脈沖射頻源和脈沖射頻板條CO2激光器正常運(yùn)行的一個(gè)必要條件。
決定射頻功率反射大小的關(guān)鍵因素是激光器氣體等離子體阻抗與全固態(tài)脈沖射頻源輸出阻抗50Ω的匹配狀況。一般情況下,激光器等離子體阻抗不等于50Ω,它借助阻抗匹配器由網(wǎng)絡(luò)變換使之等于50Ω,達(dá)到匹配。激光器氣體等離子體阻抗又直接與激光氣體的成份、氣體壓力、注入的射頻功率的大小和射頻電磁波的頻率等因素有關(guān)。脈沖板條CO2激光器由于注入的射頻平均功率很大,因而激光等離子體阻抗變化特別大。由此,當(dāng)激光器未放電時(shí),氣體是冷狀態(tài),氣體的阻抗與激光器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的等離子體阻抗有極大的差別。激光器起輝后,阻抗變化特別大。由于激光器阻抗的變化,如何能使冷態(tài)的激光器迅速起輝并穩(wěn)定放電是一個(gè)難度很大的技術(shù)問(wèn)題,各國(guó)學(xué)者發(fā)明了許多辦法來(lái)解決它。
美國(guó)專(zhuān)利5155739號(hào),提出射頻板條CO2激光器紫外預(yù)電離技術(shù)。它是在激光器內(nèi)安置低壓氬——汞燈,將其發(fā)射的185至254納米的紫外光照射激光器的放電區(qū),紫外光的照射促使氣體分子電離,從而能在加上射頻能量后,迅速使激光器起輝并達(dá)到穩(wěn)定放電,產(chǎn)生激光。
美國(guó)專(zhuān)利4748634號(hào),為了使射頻激光器起輝并進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài),他們?cè)O(shè)計(jì)射頻源可以產(chǎn)生一個(gè)諧振頻率電磁波和一個(gè)起始頻率電磁波,激光器起輝以后,電磁波的頻率由起始頻率迅速變換到激光器諧振頻率上,從而激光器達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。全固態(tài)脈沖射頻源發(fā)射兩種頻率的電磁波并有自動(dòng)迅速變化頻率的能力,解決了這一問(wèn)題。
以上專(zhuān)利很好地解決了脈沖激光器的起輝和穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題,但也存在各自的缺點(diǎn)。首先,在激光器內(nèi)安置紫外燈,紫外氬—汞燈的壽命就決定了激光器的壽命,一旦氬—汞燈不能正常發(fā)光,激光器就停止工作,外界無(wú)法控制。而且,讓紫外光直接照射放電區(qū),安放的位置及固定都存在一定的難度。
讓射頻源具有發(fā)送兩個(gè)射頻頻率的電磁波,頻率并能自動(dòng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)換,給固態(tài)射頻源的設(shè)計(jì)和制作,增加了不少困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足,提供一種不需要紫外光束預(yù)電離,射頻源也只需發(fā)射一個(gè)載波頻率的射頻脈沖,激光器就可安全工作、穩(wěn)定運(yùn)行的脈沖射頻板條CO2激光器的起輝、穩(wěn)定放電方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種脈沖射頻板條CO2激光器的起輝、穩(wěn)定放電方法,其特征在于該方法包括以下工藝步驟步驟一、將掃頻儀通過(guò)駐波電橋與激光器阻抗匹配器上的同軸接頭相連。在激光器內(nèi)置上、下兩塊相互平行、距離≤2mm的電極,上、下兩電極之間沿兩側(cè)面等距離地連接有并聯(lián)諧振電感L1,下電極與激光器的機(jī)殼相連,將可變電容C1和C2的正極用電感L相連,將可變電容C1的正極與同軸接頭的內(nèi)導(dǎo)體相連。將可變電容C2的正極與激光器的上電極相連,將可變電容C1和C2的負(fù)極與激光器的機(jī)殼相連,機(jī)殼接地,可變電容C1和C2及電感L組成π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配器,對(duì)π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配器的參數(shù)作如下選擇C1>>C2,L<0.186μH,當(dāng)放電面積為180cm2~360cm2時(shí),選擇可變電容C1的最大值為1000pf,可變電容C2的最大值為100pf;步驟二、打開(kāi)掃頻儀,調(diào)節(jié)C1、C2的值,在掃頻儀的顯示屏上調(diào)出 形諧振曲線,該諧振曲線的諧振頻率為f0,它與射頻源的載波頻率相同。例如f0=100MHz。
步驟三、將全固態(tài)脈沖射頻源與激光器用同軸電纜相連,全固態(tài)脈沖射頻源輸出一個(gè)固定的載波頻率、脈沖占空比和調(diào)制頻率可以改變的射頻脈沖,開(kāi)啟射頻源,輸入峰值≤2KW的占空比≤20%的射頻脈沖功率,激光器起輝,輸出微弱激光;步驟四、繼續(xù)調(diào)節(jié)C2,從全固態(tài)脈沖射頻源的反射功率表上監(jiān)測(cè),使激光器的反射功率最??;
步驟五、將全固態(tài)脈沖射頻源的輸出由≤20%占空比調(diào)至50%占空比,峰值功率上升到6KW,并繼續(xù)調(diào)節(jié)C2使之反射功率最小,此時(shí),激光器在f0運(yùn)行,進(jìn)入了穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
如果不用低平均功率的低占空比脈沖,而直接用6KW,50%全功率調(diào)制脈沖,激光器也會(huì)起輝,但反射功率太大,脈沖全固態(tài)射頻源必將損壞。
為此,本發(fā)明不需要紫外光束預(yù)電離,射頻源也只需發(fā)射一個(gè)載波頻率的射頻脈沖,激光器就可安全工作,穩(wěn)定運(yùn)行。
圖1為本發(fā)明的接有駐波電橋及掃頻儀的激光器接線圖。
圖2為本發(fā)明在冷態(tài)用π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配器在掃頻儀顯示屏上調(diào)出的激光器的頻率特性曲線。圖中f0為載波頻率。
圖3為本發(fā)明的接有π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配器及全固態(tài)脈沖射頻源的激光器接線圖。
圖4為本發(fā)明的激光器未放電時(shí)的等效電路圖。
圖5為本發(fā)明的激光器放電時(shí)的等效電路圖。
圖中激光器1、阻抗匹配器2、50Ω同軸電纜3、駐波電橋4、掃頻儀5、全固態(tài)脈沖射頻電源6、反向功率指示表7、上電極1.1、下電極1.2、殼體1.3、并聯(lián)諧振電感L1、可變電容C1與C2、電感L、同軸接頭3.1、標(biāo)準(zhǔn)50Ω終端負(fù)載3.2、檢波輸入5.1、射頻輸出端口5.2。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種脈沖射頻板條CO2激光器的起輝、穩(wěn)定放電方法。它包括以下工藝步驟步驟一、參見(jiàn)圖1,將掃頻儀5通過(guò)駐波電橋4與激光器阻抗匹配器2相連。在激光器1內(nèi)置上、下兩塊相互平行、距離≤2mm的電極1.1、1.2,上、下兩電極1.1、1.2之間沿兩側(cè)面等距離地連接有并聯(lián)諧振電感L1,下電極1.2與激光器的機(jī)殼1.3相連,將可變電容C1和C2的正極用電感L相連,將可變電容C1的正極與50Ω的同軸接頭3.1的內(nèi)導(dǎo)體相連。將可變電容C2的正極與激光器1的上電極1.1相連,將可變電容C1和C2的負(fù)極與激光器的機(jī)殼1.3相連,機(jī)殼1.3接地,可變電容C1和C2及電感L組成π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配器2。在本發(fā)明中,對(duì)π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配器2的參數(shù)作如下選擇C1>>C2,L<0.186μH,當(dāng)放電面積為180cm2~360cm2時(shí),選擇可變電容C1的最大值為1000pf,可變電容C2的最大值為100pf。
步驟二、打開(kāi)掃頻儀5,調(diào)節(jié)C1、C2的值,在掃頻儀的顯示屏上調(diào)節(jié)出圖2所示的頻率特性曲線,該諧振曲線的諧振頻率為f0,它與射頻源的載波頻率相同。圖中f0=100MHz。
步驟三、參見(jiàn)圖3,將全固態(tài)脈沖射頻源6與激光器1用50Ω同軸電纜3相連,全固態(tài)脈沖射頻源6輸出一個(gè)固定的載波頻率、脈沖占空比、調(diào)制頻率可變的射頻脈沖。開(kāi)啟全固態(tài)脈沖射頻源6,輸入峰值2KW的17%占空比的射頻脈沖功率,激光器起輝,輸出微弱激光。
步驟四、繼續(xù)調(diào)節(jié)C2,從全固態(tài)脈沖射頻源的反向功率指示表7上監(jiān)測(cè),使激光器的反射功率最小。
步驟五、將全固態(tài)脈沖射頻源的輸出由17%占空比調(diào)至50%占空比,峰值功率上升到6KW,繼續(xù)調(diào)節(jié)C2使之反射功率最小。此時(shí),激光器在f0運(yùn)行,進(jìn)入了穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
我們?cè)購(gòu)碾娐防碚搧?lái)分析以上的工作過(guò)程可以看出本發(fā)明方法是非常合理的當(dāng)激光器沒(méi)有注入功率時(shí),且全固態(tài)脈沖射頻源未與π網(wǎng)絡(luò)阻抗調(diào)配器連接。激光器的等效電路可由圖4表示。圖中可變電容C1和C2、電感L、分布電感L分、分布電阻R分、激光器上、下電極板之間的電極結(jié)構(gòu)電容Cel、激光器上電極與激光器殼體之間的電容Ceg。
當(dāng)激光器注入射率功率正常放電輸出激光后,激光器電極之間布滿了準(zhǔn)中性等離子體,它有等離子體電容Cpl和電阻Rpl,電阻Rpl代表了激光器輝光放電損耗及轉(zhuǎn)變成激光的能量損耗。而在100MHZ時(shí)靠近激光器電極表面0.35mm的距離內(nèi)有正離子層,它具有電容Ci及損耗電阻Rr(相對(duì)較小)。因而,在激光器放電時(shí),它的等效電路由圖4演變成圖5。
在圖5中,選取電極并聯(lián)諧振電感L1的值,使之與電容Ceg、Cpl、Ci、Ri、Rpl構(gòu)成的電路在f0產(chǎn)生并聯(lián)諧振。f0為100MHZ。射頻入射平均功率為3KW。在放電面積180cm2時(shí),電極并聯(lián)電感L1定為0.5μH。
比較圖4和圖5,由于等離子體電容Cpl,正電離層電容Ci與電極結(jié)構(gòu)電容Cel差異,在其余的C1、C2、L、Ceg、C分、R分、L1參數(shù)保持不變時(shí),兩個(gè)電路的固有振蕩頻率顯然有了頻移Δf。也就是說(shuō),當(dāng)冷態(tài)電路調(diào)諧在f0時(shí),保持C1、C2位置不變,L不變,放電后,電路的固有諧振頻率已變?yōu)閒0+Δf。我們改變C2,使Δf=0,此時(shí)電路諧振在f0,與脈沖全固態(tài)射頻源載波頻率相同,因而反射最小,激光器得以穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種脈沖射頻板條CO2激光器的起輝、穩(wěn)定放電方法,其特征在于該方法包括以下工藝步驟步驟一、將掃頻儀(5)通過(guò)駐波電橋(4)與激光器阻抗匹配器(2)上的同軸接頭(3.1)相連,在激光器(1)內(nèi)置上、下兩塊相互平行、距離≤2mm的電極(1.1)、(1.2),上、下兩電極(1.1)、(1.2)之間沿兩側(cè)面等距離地連接有兩并聯(lián)諧振電感L1,下電極(1.2)與激光器的機(jī)殼(1.3)相連,將可變電容C1和C2的正極用電感L相連,將可變電容C1的正極與同軸接頭(3.1)的內(nèi)導(dǎo)體相連,將可變電容C2的正極與激光器(1)的上電極(1.1)相連,將可變電容C1和C2的負(fù)極與激光器的機(jī)殼(1.3)相連,機(jī)殼(1.3)接地,可變電容C1和C2及電感L組成π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配器(2),對(duì)π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配器(2)的參數(shù)作如下選擇C1>>C2,L<0.186μH,當(dāng)放電面積為180cm2~360cm2時(shí),選擇可變電容C1的最大值為1000pf,可變電容C2的最大值為100pf;步驟二、打開(kāi)掃頻儀(5),調(diào)節(jié)C1、C2的值,在掃頻儀的顯示屏上調(diào)出 形激光器頻率特性曲線,該諧振曲線的諧振頻率為f0,它與射頻源的載波頻率相同;步驟三、將全固態(tài)脈沖射頻源(6)與激光器(1)用同軸電纜(3)相連,開(kāi)啟全固態(tài)脈沖射頻源(6),輸入峰值≤2KW的占空比≤20%的射頻脈沖功率,激光器起輝,輸出微弱激光;步驟四、繼續(xù)調(diào)節(jié)C2,從全固態(tài)脈沖射頻源的反向功率指示表(7)上監(jiān)測(cè),使激光器的反射功率最?。徊襟E五、將全固態(tài)脈沖射頻源的輸出由≤20%占空比調(diào)至50%占空比,峰值功率上升到6KW,繼續(xù)調(diào)節(jié)C2使之反射功率最小,此時(shí),激光器在f0運(yùn)行,進(jìn)入了穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖射頻板條CO2激光器的起輝、穩(wěn)定放電方法,其特征還在于一種全固態(tài)的脈沖射頻源,它輸出一個(gè)固定的載波頻率,而脈沖占空比和調(diào)制頻率可以改變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈沖射頻板條CO
文檔編號(hào)H01S3/09GK1976142SQ20061009804
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者高允貴, 李向陽(yáng), 丁義國(guó), 胡浩, 牟文智, 朱永祥, 顧鴻璋, 張龍華 申請(qǐng)人:江蘇新潮科技集團(tuán)有限公司