一種用于CO₂激光器的射頻電源的制作方法

專利名稱：一種用于CO₂激光器的射頻電源的制作方法
技術領域：
本發明屬于激光器電源技術，具體涉及一種用于(X)2激光器的小功率射頻電源。
背景技術：
最初的氣體激光器使用直流激勵，這種激勵方式易造成電極的濺射和腐蝕，造成材料損耗，這樣既破壞了激光器的性能，又降低了電極的壽命。射頻激勵由于具有完全獨特的優勢成為(X)2氣體激光技術發展的新方向。激光器選擇射頻激勵技術完全是因為它的突出特點(1)射頻氣體放電具有正向伏安特性，可實現持續放電，電能利用率高；(2)注入功率密度高，器件的體積大為縮小；(3)射頻橫向放電激勵電壓低，有利于提高器件壽命并且使用安全；(4)射頻波可實現高頻幅度調制，輸出光功率的控制程度高；(5)能靈活地實現從連續到脈沖的轉換以及脈寬和脈沖頻率的調節；(6)射頻橫向激勵可以單電源輸入多通道、大面積同時均勻放電，因而可將器件做成陣列結構，使激光器體積大大縮小。射頻電源分為基于功率振蕩器的射頻電源(美國專利，專利號為5602865)以及基于LC振蕩的射頻電源，這兩種射頻電源頻率穩定度不高，而且輸出頻率和輸出功率均不可調節。

發明內容
本發明的目的在于提供一種用于(X)2激光器的射頻電源，該電源采用射頻激勵方式，激勵頻率可調，輸出功率可調，可滿足多種不同頻率及不同功率的小功率射頻CO2激光器的需求。本發明提供的一種用于CO2激光器的射頻電源，其特征在于，該射頻電源包括正弦波信號源、功率放大器和阻抗匹配器；正弦波信號源與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出端與阻抗匹配器的輸入端連接；抗匹配器的輸出端與激光器的放電電極連接，并與激光放電氣體匹配。本發明由功率放大器輸出的功率通過匹配裝置耦合到射頻(X)2激光器的電極，電極對主要成分為CO2的氣體放電，放電氣體產生等離子體，由此在激光諧振腔內產生激光。 該裝置和激光頭是分體的，這樣有利于散熱，整個裝置放置在金屬外殼內，防止射頻信號向外輻射。


圖1為本發明射頻電源裝置的電路結構示意圖；圖2為射頻電源裝置的正弦波信號源的電路結構示意圖；圖3為射頻電源裝置的功率放大器的電路結構示意圖。
具體實施例方式下面通過借助實施例更加詳細地說明本發明，但以下實施例僅是說明性的，本發明的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示，本發明提供的射頻電源包括正弦波信號源1、功率放大器2和阻抗匹配器3。正弦波信號源1的輸出端與功率放大器2的輸入端連接，其輸出端與功率放大器2 的輸入端連接，功率放大器2的輸出端與阻抗匹配器3的輸入端連接；抗匹配器3的輸出端與激光器4的放電電極連接，并與激光放電氣體匹配。正弦波信號源1安裝在金屬外殼內，通過直接數字頻率合成技術(DDQ產生多種頻率的正弦波信號。如圖2所示，正弦波信號源1包括輸出顯示裝置5、輸入裝置6、單片機7、正弦波發生器8和寬帶射頻變壓器9。正弦波發生器8包括DDS芯片和濾波器。為達到幅值可控的目的，可選用幅值可控的DDS芯片，同時在其輸出端接一可調電阻，通過可調電阻擴大其輸出電流的調節范圍，進而來改變正弦波信號發生器的幅值。單片機7控制DDS芯片8輸出正弦波信號，并控制正弦波的輸出所需頻率。所選用的DDS芯片(如AD公司的AD9830，AD9850等)內置高精度數模轉換器件輸出兩路互補的模擬信號電流，同時增設一個濾波器使其產生更好的正弦波信號，該濾波器可采用橢圓濾波器，以達到較好的濾波效果。寬帶射頻變壓器9將輸出的兩路互補信號輸出合成為一路正弦信號。同時，所選用的寬帶射頻變壓器滿足11阻抗變換和電壓變換作用。這樣頻率和功率可通過輸入裝置鍵入6并在輸出裝置上5顯示。最后通過該裝置將射頻信號輸入到功率放大器2。所述的功率放大器2安裝在帶水冷卻的金屬外殼內，這樣可以很好的散熱并屏蔽射頻信號向外發射。該功率放大器為非線性放大器，功率放大器2對輸入的射頻信號放大， 通過阻抗匹配器連接的放電電極對主要成分為(X)2的氣體放電。為提高輸出功率和效率采用一對MOSFET管的推挽結構。如圖3所示，功率放大器2包括串聯的MOSFET推挽放大電路10和推挽輸出變壓器11。正弦波信號通過MOSFET推挽放大電路10輸出兩路模擬信號，然后經過推挽輸出變壓器11接到阻抗匹配器3的輸入端，再通過電極對激光器4放電。阻抗匹配器3包括電容器，電感器和可調電容，以上所述的3種器件配置成π型匹配，該種匹配方式可實現較寬帶寬的匹配。以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種用于0)2激光器的射頻電源，其特征在于，該射頻電源包括正弦波信號源(1)、 功率放大器(2)和阻抗匹配器(3)；正弦波信號源(1)與功率放大器O)的輸入端連接，功率放大器O)的輸出端與阻抗匹配器(3)的輸入端連接；抗匹配器(3)的輸出端與激光器(4)的放電電極連接，并與激光放電氣體匹配。
2.根據權利要求1所述的射頻電源，其特征在于，正弦波信號源(1)包括輸出顯示裝置(5)、輸入裝置(6)、單片機(7)、正弦波發生器(8)和寬帶射頻變壓器(9)；輸出顯示裝置( 和輸入裝置(6)均與單片機(7)連接，單片機(7)依次通過正弦波發生器(8)、寬帶射頻變壓器(9)和功率放大器( 連接。
3.根據權利要求1所述的射頻電源，其特征在于，功率放大器(2)包括串聯的MOSFET 推挽放大電路(10)和推挽輸出變壓器(11)。
4.根據權利要求1所述的射頻電源，其特征在于，阻抗匹配器(3)包括成π型匹配的電容器、電感器和可調電容。
5.根據權利要求2所述的射頻電源，其特征在于，正弦波發生器⑶包括串接的DDS芯片和濾波器。
全文摘要
本發明公開了一種用于CO2激光器的射頻電源，它包括正弦波信號源、功率放大器和阻抗匹配器；正弦波信號源與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出端與阻抗匹配器的輸入端連接；抗匹配器的輸出端與激光器的放電電極連接，并與激光放電氣體匹配。由功率放大器輸出的功率通過阻抗匹配器耦合到射頻CO2激光器的電極，電極對主要成分為CO2的氣體放電，放電氣體產生等離子體，由此在激光諧振腔內產生激光。該裝置和激光頭是分體的，這樣有利于散熱，整個裝置放置在金屬外殼內，防止射頻信號向外輻射。
文檔編號H01S3/09GK102315582SQ201110210758
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月26日 優先權日2011年7月26日
發明者唐會華, 張可, 楊海, 汪盛烈, 王凡, 王曉東, 王立慧, 秦剛, 趙學民 申請人:華中科技大學