专利名称：脉冲射频板条co的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲射频板条CO2激光器，尤其是涉及一种脉冲射频板条CO2激光器的起辉、稳定放电方法。属激光器技术领域。
背景技术：
脉冲射频板条CO2激光器使用全固态脉冲射频源作为它的激励能源。全固态脉冲射频源使用了大量的大功率场效应管，经受反射功率冲击的能力很弱，严格控制反射功率不超过场效应管的破坏阈值，是全固态脉冲射频源和脉冲射频板条CO2激光器正常运行的一个必要条件。
决定射频功率反射大小的关键因素是激光器气体等离子体阻抗与全固态脉冲射频源输出阻抗50Ω的匹配状况。一般情况下，激光器等离子体阻抗不等于50Ω，它借助阻抗匹配器由网络变换使之等于50Ω，达到匹配。激光器气体等离子体阻抗又直接与激光气体的成份、气体压力、注入的射频功率的大小和射频电磁波的频率等因素有关。脉冲板条CO2激光器由于注入的射频平均功率很大，因而激光等离子体阻抗变化特别大。由此，当激光器未放电时，气体是冷状态，气体的阻抗与激光器稳定运行时的等离子体阻抗有极大的差别。激光器起辉后，阻抗变化特别大。由于激光器阻抗的变化，如何能使冷态的激光器迅速起辉并稳定放电是一个难度很大的技术问题，各国学者发明了许多办法来解决它。
美国专利5155739号，提出射频板条CO2激光器紫外预电离技术。它是在激光器内安置低压氩——汞灯，将其发射的185至254纳米的紫外光照射激光器的放电区，紫外光的照射促使气体分子电离，从而能在加上射频能量后，迅速使激光器起辉并达到稳定放电，产生激光。
美国专利4748634号，为了使射频激光器起辉并进入稳定工作状态，他们设计射频源可以产生一个谐振频率电磁波和一个起始频率电磁波，激光器起辉以后，电磁波的频率由起始频率迅速变换到激光器谐振频率上，从而激光器达到稳定运行的状态。全固态脉冲射频源发射两种频率的电磁波并有自动迅速变化频率的能力，解决了这一问题。
以上专利很好地解决了脉冲激光器的起辉和稳定运行问题，但也存在各自的缺点。首先，在激光器内安置紫外灯，紫外氩—汞灯的寿命就决定了激光器的寿命，一旦氩—汞灯不能正常发光，激光器就停止工作，外界无法控制。而且，让紫外光直接照射放电区，安放的位置及固定都存在一定的难度。
让射频源具有发送两个射频频率的电磁波，频率并能自动瞬时转换，给固态射频源的设计和制作，增加了不少困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种不需要紫外光束预电离，射频源也只需发射一个载波频率的射频脉冲，激光器就可安全工作、稳定运行的脉冲射频板条CO2激光器的起辉、稳定放电方法。
本发明的目的是这样实现的一种脉冲射频板条CO2激光器的起辉、稳定放电方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤步骤一、将扫频仪通过驻波电桥与激光器阻抗匹配器上的同轴接头相连。在激光器内置上、下两块相互平行、距离≤2mm的电极，上、下两电极之间沿两侧面等距离地连接有并联谐振电感L1，下电极与激光器的机壳相连，将可变电容C1和C2的正极用电感L相连，将可变电容C1的正极与同轴接头的内导体相连。将可变电容C2的正极与激光器的上电极相连，将可变电容C1和C2的负极与激光器的机壳相连，机壳接地，可变电容C1和C2及电感L组成π网络阻抗匹配器，对π网络阻抗匹配器的参数作如下选择C1＞＞C2，L＜0.186μH，当放电面积为180cm2～360cm2时，选择可变电容C1的最大值为1000pf，可变电容C2的最大值为100pf；步骤二、打开扫频仪，调节C1、C2的值，在扫频仪的显示屏上调出 形谐振曲线，该谐振曲线的谐振频率为f0，它与射频源的载波频率相同。例如f0＝100MHz。
步骤三、将全固态脉冲射频源与激光器用同轴电缆相连，全固态脉冲射频源输出一个固定的载波频率、脉冲占空比和调制频率可以改变的射频脉冲，开启射频源，输入峰值≤2KW的占空比≤20％的射频脉冲功率，激光器起辉，输出微弱激光；步骤四、继续调节C2，从全固态脉冲射频源的反射功率表上监测，使激光器的反射功率最小；
步骤五、将全固态脉冲射频源的输出由≤20％占空比调至50％占空比，峰值功率上升到6KW，并继续调节C2使之反射功率最小，此时，激光器在f0运行，进入了稳定运行状态。
如果不用低平均功率的低占空比脉冲，而直接用6KW，50％全功率调制脉冲，激光器也会起辉，但反射功率太大，脉冲全固态射频源必将损坏。
为此，本发明不需要紫外光束预电离，射频源也只需发射一个载波频率的射频脉冲，激光器就可安全工作，稳定运行。
图1为本发明的接有驻波电桥及扫频仪的激光器接线图。
图2为本发明在冷态用π网络阻抗匹配器在扫频仪显示屏上调出的激光器的频率特性曲线。图中f0为载波频率。
图3为本发明的接有π网络阻抗匹配器及全固态脉冲射频源的激光器接线图。
图4为本发明的激光器未放电时的等效电路图。
图5为本发明的激光器放电时的等效电路图。
图中激光器1、阻抗匹配器2、50Ω同轴电缆3、驻波电桥4、扫频仪5、全固态脉冲射频电源6、反向功率指示表7、上电极1.1、下电极1.2、壳体1.3、并联谐振电感L1、可变电容C1与C2、电感L、同轴接头3.1、标准50Ω终端负载3.2、检波输入5.1、射频输出端口5.2。
具体实施例方式
本发明涉及一种脉冲射频板条CO2激光器的起辉、稳定放电方法。它包括以下工艺步骤步骤一、参见图1，将扫频仪5通过驻波电桥4与激光器阻抗匹配器2相连。在激光器1内置上、下两块相互平行、距离≤2mm的电极1.1、1.2，上、下两电极1.1、1.2之间沿两侧面等距离地连接有并联谐振电感L1，下电极1.2与激光器的机壳1.3相连，将可变电容C1和C2的正极用电感L相连，将可变电容C1的正极与50Ω的同轴接头3.1的内导体相连。将可变电容C2的正极与激光器1的上电极1.1相连，将可变电容C1和C2的负极与激光器的机壳1.3相连，机壳1.3接地，可变电容C1和C2及电感L组成π网络阻抗匹配器2。在本发明中，对π网络阻抗匹配器2的参数作如下选择C1＞＞C2，L＜0.186μH，当放电面积为180cm2～360cm2时，选择可变电容C1的最大值为1000pf，可变电容C2的最大值为100pf。
步骤二、打开扫频仪5，调节C1、C2的值，在扫频仪的显示屏上调节出图2所示的频率特性曲线，该谐振曲线的谐振频率为f0，它与射频源的载波频率相同。图中f0＝100MHz。
步骤三、参见图3，将全固态脉冲射频源6与激光器1用50Ω同轴电缆3相连，全固态脉冲射频源6输出一个固定的载波频率、脉冲占空比、调制频率可变的射频脉冲。开启全固态脉冲射频源6，输入峰值2KW的17％占空比的射频脉冲功率，激光器起辉，输出微弱激光。
步骤四、继续调节C2，从全固态脉冲射频源的反向功率指示表7上监测，使激光器的反射功率最小。
步骤五、将全固态脉冲射频源的输出由17％占空比调至50％占空比，峰值功率上升到6KW，继续调节C2使之反射功率最小。此时，激光器在f0运行，进入了稳定运行状态。
我们再从电路理论来分析以上的工作过程可以看出本发明方法是非常合理的当激光器没有注入功率时，且全固态脉冲射频源未与π网络阻抗调配器连接。激光器的等效电路可由图4表示。图中可变电容C1和C2、电感L、分布电感L分、分布电阻R分、激光器上、下电极板之间的电极结构电容Cel、激光器上电极与激光器壳体之间的电容Ceg。
当激光器注入射率功率正常放电输出激光后，激光器电极之间布满了准中性等离子体，它有等离子体电容Cpl和电阻Rpl，电阻Rpl代表了激光器辉光放电损耗及转变成激光的能量损耗。而在100MHZ时靠近激光器电极表面0.35mm的距离内有正离子层，它具有电容Ci及损耗电阻Rr(相对较小)。因而，在激光器放电时，它的等效电路由图4演变成图5。
在图5中，选取电极并联谐振电感L1的值，使之与电容Ceg、Cpl、Ci、Ri、Rpl构成的电路在f0产生并联谐振。f0为100MHZ。射频入射平均功率为3KW。在放电面积180cm2时，电极并联电感L1定为0.5μH。
比较图4和图5，由于等离子体电容Cpl，正电离层电容Ci与电极结构电容Cel差异，在其余的C1、C2、L、Ceg、C分、R分、L1参数保持不变时，两个电路的固有振荡频率显然有了频移Δf。也就是说，当冷态电路调谐在f0时，保持C1、C2位置不变，L不变，放电后，电路的固有谐振频率已变为f0+Δf。我们改变C2，使Δf＝0，此时电路谐振在f0，与脉冲全固态射频源载波频率相同，因而反射最小，激光器得以稳定运行。
权利要求
1.一种脉冲射频板条CO2激光器的起辉、稳定放电方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤步骤一、将扫频仪(5)通过驻波电桥(4)与激光器阻抗匹配器(2)上的同轴接头(3.1)相连，在激光器(1)内置上、下两块相互平行、距离≤2mm的电极(1.1)、(1.2)，上、下两电极(1.1)、(1.2)之间沿两侧面等距离地连接有两并联谐振电感L1，下电极(1.2)与激光器的机壳(1.3)相连，将可变电容C1和C2的正极用电感L相连，将可变电容C1的正极与同轴接头(3.1)的内导体相连，将可变电容C2的正极与激光器(1)的上电极(1.1)相连，将可变电容C1和C2的负极与激光器的机壳(1.3)相连，机壳(1.3)接地，可变电容C1和C2及电感L组成π网络阻抗匹配器(2)，对π网络阻抗匹配器(2)的参数作如下选择C1＞＞C2，L＜0.186μH，当放电面积为180cm2～360cm2时，选择可变电容C1的最大值为1000pf，可变电容C2的最大值为100pf；步骤二、打开扫频仪(5)，调节C1、C2的值，在扫频仪的显示屏上调出 形激光器频率特性曲线，该谐振曲线的谐振频率为f0，它与射频源的载波频率相同；步骤三、将全固态脉冲射频源(6)与激光器(1)用同轴电缆(3)相连，开启全固态脉冲射频源(6)，输入峰值≤2KW的占空比≤20％的射频脉冲功率，激光器起辉，输出微弱激光；步骤四、继续调节C2，从全固态脉冲射频源的反向功率指示表(7)上监测，使激光器的反射功率最小；步骤五、将全固态脉冲射频源的输出由≤20％占空比调至50％占空比，峰值功率上升到6KW，继续调节C2使之反射功率最小，此时，激光器在f0运行，进入了稳定运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲射频板条CO2激光器的起辉、稳定放电方法，其特征还在于一种全固态的脉冲射频源，它输出一个固定的载波频率，而脉冲占空比和调制频率可以改变。
全文摘要
本发明涉及一种脉冲射频板条CO
文档编号H01S3/09GK1976142SQ20061009804
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年11月29日
发明者高允贵, 李向阳, 丁义国, 胡浩, 牟文智, 朱永祥, 顾鸿璋, 张龙华 申请人:江苏新潮科技集团有限公司