1引言

　　自1973年第一台射頻（RF）波導激光器問世至今已26年多。最初是將線圈繞在波導上，實現了RF激勵波導激光器的發光。它首次顯示了低電壓激勵的優(you) 越性。那時，還有許多不完善的地方。存在的主要缺點是：放電不均勻，耦合效率差、線圈電感太大，限製RF頻率的提高，隻能在幾MHz以下工作等。

　　盡管已有26年多的研製、使用曆史，但當前它仍處於(yu) 發展與(yu) 改進階段。其總的研製方向是：降低成本、增長壽命、提高輸出功率和效率、減小體(ti) 積和質量，改進可靠性，提高各項性能指標，以適應各種用途的需要。

　　RFCO2激光器工作頻率按ISM規定為(wei) 27～40MHz；其主要分類如下所述：

　　（1）按輸出方式分

　　1）連續輸出；

　　2）脈衝(chong) 輸出——調製頻率高達1MHz；

　　3）Q開關(guan) 輸出——電光調Q與(yu) 聲光調Q。

　　（2）按諧振腔的工作分

　　1）波導腔——孔徑D=1～3mm；

　　2）自由空間腔——孔徑D=4～6mm。

　　（3）按激勵極性分

　　1）單相；

　　2）反相。

　　（4）按腔體(ti) 結構分

　　1）單腔；

　　2）多腔；

　　（a）折疊腔：V型——2折；Z型——3折；X型——4折。

　　（b）列陣腔：短肩列陣；交錯列陣。

　　（c）積木式：並聯—2腔；三角組聯—3腔。

　　3）大麵積放電

　　（a）平板型，（b）同心環型。

　　（5）按均恒電感分布方式分

　　1）準電感諧振技術—用於(yu) 低電容激光頭；

　　2）平行分布電感諧振技術—用於(yu) 高電容激光

　　頭。

　　（6）按諧振腔材料分

　　1）陶瓷—金屬混合型；2）全陶瓷型；3）全金屬型。

　　（7）按冷卻方式分

　　1）空氣冷卻；2）水冷卻。

　　（8）按封裝方式分

　　1）封離型；2）流動型。

　　諧振腔的材料一般為(wei) ：金屬—A1。陶瓷—BeO，BN、AIN、Al2O3等。
2技術條件

　　用於(yu) CO2激光器的典型工作氣體(ti) 內(nei) 含有：二氧化碳、氮、氦和氙。氮氣和氦氣有利於(yu) 放電的均勻性。氙氣對RF放電激光器的功率和效率具有積極影響。添加5％氙氣可使功率提高24％。

　　通常單模結構器件，單位長度注入的連續（射頻）激勵功率限於(yu) 2～6W/cm，轉換效率為(wei) 10％～20％，對激光電源的一般要求為(wei) ：穩定可靠、維修方便、效率高、尺寸小、成本低。

　　具體(ti) 技術條件如下：

　　輸入參數：交流輸入電壓220V；交流輸入電流1.5A；開關(guan) 電源輸出直流電壓30V；開關(guan) 電源輸出電流8A。

　　RF電源：輸入功率160W；工作頻率40MHz；輸出波形正弦波；帶寬△f±3MHz；效率70％。

　　調製器：脈衝(chong) 調製頻率0～100kHz方波連續可調；占空比連續可調；幅度調製度100％。

　　3原理電路

　　RFCO2激光電源由5部分組成［1］，如圖1所示。

圖1 RF CO2激光器電源原理框圖

　　圖1中第1部分為(wei) 整流濾波電路，采用全波橋式整流與(yu) 電容濾波將220V交流變為(wei) 311V平滑直流。第2部分為(wei) 開關(guan) 電源，將311V直流變為(wei) 100kHz脈衝(chong) 電流，再經電容、電感濾波後變為(wei) 30V、8A直流。第3部分包括由振蕩器與(yu) 放大器兩(liang) 部分組成的RF電路（如虛線框內(nei) 所示）。將輸入直流經晶振變為(wei) 40MHz，6W射頻。再經14.28dB增益的放大器，放大後輸出為(wei) 40MHz，160W。第4部分為(wei) 脈衝(chong) 工作的調製器。第5部分為(wei) 匹配網絡。

　　本文將重點介紹第3部分和第4部分。電路如圖2所示。振蕩器由晶體(ti) 管V2、電感線圈L1、電容器C5、C7、電阻R11、R12、石英晶體(ti) 振蕩器G等組成。晶體(ti) 振蕩電路產(chan) 生6W、40MHz正弦振蕩波，經3：1傳(chuan) 輸線變壓器T，推動推挽功率放大器。推挽功率放大器由晶體(ti) 管V3、V4，電感L3、L2，電阻器R13、R14、R15，電容器C9、C10和變壓器T組成D類電流開關(guan) 推挽放大器，兩(liang) 個(ge) 晶體(ti) 管輪流導通。為(wei) 了追求小型化，提高效率是關(guan) 鍵，因而采用D類電流開關(guan) 推挽放大器是一種必然結果。這一點可由下述工作過程的分析清楚地看出。

　　當晶體(ti) 管導通時，C極電流的基波分量為(wei) 最大，回路中點電壓也等於(yu) 最大值Umax，在中心點處的電壓平均值等於(yu) 電源電壓。因此（當UCC≈30V時），

　　由此得出：

　　Umax=（π/2）（UCC－UCS）＋UCS（2）

　　C極回路兩(liang) 端交流電壓峰值為(wei) ：

　　UCmax=2（Umax－UCS）=π（Ucc－Ucs）（3）

　　基波分量振幅為(wei) ：（2/π）ICC，因而回路產(chan) 生基頻電壓振幅為(wei) ：

　　UCmax=（2/π）ICCR（5）

　　將（3）式代入（5）式即得：

　　ICC=πUCmax/2R=（π2/2R）（UCC－UCS）（6）

　　則輸出功率：

　　P0=U2Cmax/2R=（π2/2R）（UCC－UCS）2（7）

　　DC輸出功率：

　　PDC=ICC.UCC=（π2/2R）（UCC－UCS）UCC（8）

　　C極耗散功率：

　　PC=PDC－P0=（π2/2R）（UCC－UCS）UCS（9）

　　由此得出C極效率：

　　ηC=P0/PDC=（UCC－UCS）/UCC（10）

　　可見，晶體(ti) 管飽和壓降UCS越小、效率ηC則越高，若

　　UCS→0，則ηC→100％，這是D類電流開關(guan) 推挽放大電路的優(you) 點，為(wei) 此設計時應注意盡量選取飽和壓降低的功率晶體(ti) 管。

脈衝(chong) 工作由圖1中第4部分調製器控製。調製器的原理電路見圖2，它以IC1與(yu) IC2為(wei) 主體(ti) ，組成幅度鍵控調製器，屬於(yu) 數字信號調幅的線性調製器［3］。連續工作時，將圖2中S開關(guan) 置於(yu) OFF關(guan) 斷位置。脈衝(chong) 工作時，將S開關(guan) 置於(yu) ON接通位置。脈衝(chong) 調製的工作過程是：利用一個(ge) 矩形脈衝(chong) 序列的基帶信號對振蕩器晶體(ti) 管V2的振蕩幅度進行控製。由控製振蕩電路的起振與(yu) 停振達到調製的目的。由電位器RP4控製調製頻率，由RP7控製脈衝(chong) 寬度。所以，調製頻率與(yu) 調製脈寬皆可作到連續可調。

圖2RF電路原理圖

　　第5部分是阻抗匹配網絡。負載阻抗匹配的目的是消除不匹配負載的反射。方法是引入電抗性元件（電容、電感或傳(chuan) 輸線）。人為(wei) 地產(chan) 生一個(ge) 或數個(ge) 反射波。使它與(yu) 原來不匹配負載產(chan) 生的反射波相互抵消。使激光器的輸入阻抗與(yu) RF電源的輸出阻抗互為(wei) 共軛複數。匹配網絡一般分為(wei) 兩(liang) 種，一種是集總參數匹配網絡，其主要形式有L型、T型、π型等［3］。這種匹配網絡的主要缺點是：插入耗損大、噪聲大、體(ti) 積大。另一種是分布參數匹配網絡，是1/4波長傳(chuan) 輸線，這就克服了上述集總參數匹配網絡的缺點。它的理論關(guan) 係比較簡單。由傳(chuan) 輸線任一點上的電壓和電流方程即可方便地導出下列1/4波長（或1/4波長奇數倍）阻抗交換方式為(wei) ：　Z0=（10）

　　式中Z1——電源輸出的阻抗；

　　Z2——激光器輸入的阻抗；

　　Z0——1/4傳(chuan) 輸線的特性阻抗。

　　1/4傳(chuan) 輸線采用SYV－50－3電纜。它一端接電源，另一端接激光頭。該RF電源如作積木式結構應用，同時可滿足輸出激光30W，60W等激光器的需要。

　　4結束語

　　最後是關(guan) 於(yu) 激光頭的準電感諧振技術。為(wei) 了使輸入射頻沿激光器長度，電壓分布均勻，加入一對電感並聯在諧振腔上下電極之間。這樣，由於(yu) 電感負導納的補償(chang) 作用，使激光器沿長度上的駐波比大大下降，失配角小於(yu) 9°，理論計算結果電壓不均勻度小於(yu) 3％。#p#分頁標題#e#

　　有關(guan) 過流、過壓、過熱保護電路、顯示電路、安全延時電路、自診斷等輔助電路，本文不再一一贅述。