第四章-射频板条CO2激光器讲课教案
二氧化碳激光器原理及光学镜片的损伤PPT课件
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输出特性
气体激光器 气体和金属蒸气作为工作物质。 根据气体工作物质为气体原子、气体分子或气体离子,又可将
气体激光器分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。
分子激光器中产生激光作用的是未电离的气体分子,激光跃迁 发生在气体分子不同的振-转能级之间。采用的气体主要有 CO2、CO、N2、O2、N2O、H2O、H2 等分子气体。分子激光 器的典型代表是CO2 激光器。
分子激光器的典型代表是co激励方式气体激光器一般采用气体放电激励射频激励电能利用率高放电稳定可实现大面积均匀放电因而可按增益面积比例提高器件的输出功率使大功率器件的体积大为缩小板条式激光器的放电面积每平方厘米功率输出15w到2w
激光原理与技术
主讲人：孔令浩
-
1
光
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2
概述
一、 激光器的基本结构
激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分构 成。
率。加入适量的N2 后,能明显提高输出功率。但其含量不能
太高,因总气压一定时,N2含量高,则CO2含量就相应降低,且放
电时CO2 离解出的O会与N2 发生化学反应,生成N2 O和 NO,
它们对CO2 分子的000 1能级有消- 激发作用。
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气体激光器
氦:在CO2 +N2 混合气体中,加入适量的He(He的含量可以是 CO2 的4～5倍)可以大幅度提高输出功率。其原因是:He原子 质量轻,导热率高(其导热率比CO2和N2高约一个数量级),可有 效降低工作气体温度,提高输出功率。另外He对CO2分子激光 下能级100 0、020 0和011 0的弛豫作用远大于其对激光上能级 000 1能级的弛豫作用,有利于实现粒子数反转。在高气压CO2 激光器中,He的主要作用是改善气体放电的均匀性。
射频激励CO2激光器
射频激励CO2激光器ULR系列射频激励CO2激光器是由美国Universal Laser Systems Inc公司制造。
美国公司已授权我们为亚洲（包括中国）客户提供售前、售中、售后服务。
目前已有超过三万台激光器在世界各地运行。
为客户提供长达12个月的免费保修，省却用户的后顾之忧。
既可以为用户提供风冷形式的激光器，也可以提供水冷形式的激光器，以方便用户根据不同的使用环境来选用最适合的激光器。
价格低廉的OEM型激光器特别适合激光设备制造厂家，如激光切割机、激光雕刻机和激光打标机生产厂家，可以十分方便地将我们的激光器集成到激光设备中。
工作原理：CO2分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧，所表示的是原子的平衡位置。
分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。
根据分子振动理论，CO₂有三种不同的振动方式：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。
②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。
由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。
③三个原子沿对称轴振动，其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。
在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。
特性：所有激光器都有三种外形结构和两种冷却方式。
三种结构是OEM基本型、OEM标准型和安全四级型。
两种冷却方式是风冷和水冷。
OEM基本型是基本结构形式，没有外壳和风扇，有风冷和水冷两种冷却方式，特别适合系统/设备制造商使用。
OEM标准型有风冷和水冷两种形式，包含铝制外壳和风扇，特别适合需要将激光器外露的使用场合。
安全四级型有水冷和风冷方式,含外壳、风扇、钥匙开关和安全开关连锁，一般用于出口到欧美的设备上。
所有激光器包含射频电源、内置触发(internal tickle)和安全连锁。
所有激光器可以连续运行，也可以脉冲运行，脉冲最高频率达5kHz。
激光器工作原理 ppt课件
q c 2 L
1, 2 , 3.....
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从泵浦→阈值附近(尚未形成自激 振荡),可忽略受激辐射跃迁过程
dn3
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泵浦效率 1 S32 S32 A31
荧光效率 2 A21 A21 S21
ppt课件
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n1W131 n2 A21
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可解得 当 0 t t0 时,
讨论:
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Nl Al
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光子寿命：
t Rl
l
CO2激光器详解培训课件
、Xe
* 2
H等g ，2*
另一类是异核型准分子 (Exciplex)，如惰性气体的氧化
物和卤化物 XeO、* XeF等*，以及金属卤化物 HgC等l * 。
2020/6/9
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An excimer laser is a specific type of molecular gas laser that produces high intensity light in the ultraviolet (UV) range of the electromagnetic spectrum. The UV light source is a Lumonics PM-848k excimer laser, which can be configured to operate with either a KrF (krypton-fluoride) gas mixture at 248 nm or an ArF (argon-fluoride) gas mixture at 193 nm. The excimer laser beam will be used for microfabrication in a wide range of absorbing materials. Any feature down to a size of 2 mm can be etched into a surface in a fraction of the processing time of standard photolithography. The range of applications will cover accurate and rapid scribing, drilling holes through the substrate, and creating complicated patterns and devices out silicon and plastics alike.
二氧化碳激光器简介PPT课件
4.5 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 1 特点
工作气压高 采用横向激励方式 电极面积大 施用预电离技术
2 常用的TEA CO2激光器结构 1） 针板TEA CO2激光器
结构比较简单，易实现均匀激励，效率不高，光束质量不太好
4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能
级的驰豫速率
CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110
能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发
He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率
2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作 用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出 功率
2）管－板式放电结构 阴极： 放置位置： 气流上游前沿与阳极前沿对齐 与导流板之间必须留有足够的空隙 应置于喉道渐缩段内 寿命：与管径大小有关，管径小寿命长 材料：无氧铜 水冷镍阴极
阳极： 条形，两端圆弧过渡，紫铜制造 辅助阳极 阳极长度不匹配： 电极缩短，抑制瞬间飞弧的进一步扩展，在工
作气质变劣时也能稳定放电 电极过短，特别气质变劣情况下，异常辉光放
4）费米共振激发
CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E
CO2（0200）
CO2（1000）－ △E
3 二氧化碳激光器驰豫过程
1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体
积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫
第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫 到0110振动能级
1）电子碰撞激发
直接激发
co2射频激光器工作原理
co2射频激光器工作原理
CO2射频激光器是一种常用于金属切割、雕刻、焊接等工业领域的激光器。
其工作原理是利用CO2气体分子的激发态与基态之间的跃迁来产生激光，而这种跃迁是通过电子受到高频射频电场的激励而实现的。
CO2射频激光器的主体部分是激光腔，它由两个反射镜和一个放置CO2气体的管道组成。
当高频电场作用于CO2气体时，激发出气体中的电子，从而使其处于激发态。
当这些激发态的气体分子回到基态时，会释放出一定能量的光子，从而产生激光。
为了使得产生的激光能够稳定输出，需要对激光腔进行一定的设计和优化。
例如，在反射镜的选择和安置上需要考虑激光的模式和功率输出，以及对激光腔内CO2气体的补给和排放等问题。
总之，CO2射频激光器的工作原理基于CO2气体分子的激发态和基态之间的跃迁，是一种高效、稳定的激光器。
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全金属环波导CO2激光器射频电源的研究与实践讲解
厦门大学硕士学位论文全金属环波导CO<,2>激光器射频电源的研究与实践姓名：王吉申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：林辉20060501摘要摘要射频激励ｃ０２激光器，由于它所具有的一系列突出优点，如体积小、功率大、光束质量好、可靠性高、寿命｝乏等，在工业加工、医疗外科和激光雷达等多个行业得到了广泛的应用。
射频电源作为激光的功率来源，是激光器的一个重要组成部分。
文章通过对射频电源的高频功率放大和阻抗匹配这两项关键技术的研究，结合全金属环波导ｃ０２激光器对射频电源的要求，设计、制作了一个射频激光电源，并对各项关键参数进行了测量。
论文的主要内容包括：１．阐述射频激励全金属环波导ｃ０２激光器的结构和特征，分析一般射频ｃ０２激光电源的结构和组成。
２．详细的论述了射频电源的两项关键技术——高频功率放大和阻抗匹配。
从原理和结构上指出高频功放与低频功放或者高频小信号放大器的区别。
强调阻抗匹配网络在高频功放电阻中的重要性。
３．从ｃ０２激光器对射频电源的要求入手，进行射频电源电路设计，给出元件参数和具体型号、类别。
电源电路包括：射频信号发生电路、射频功率放大电路、直流供电电路和附加保护电路，以及与激光头的匹配网络。
重点是对射频功率放大电路和匹配网路的设计。
４．按照电路ＰＣＢ布线一制板一元件配置一焊接的顺序，依次介绍各个步骤，并对完成的电路进行综合调试。
同时根据电路的特点，采取措施加强系统散热和抑制噪声、干扰。
５．对试验结果进行分析，总结，并针对存在的问题和实用化的方向提出改进方法。
本文中设计的实验电源，频率稳定、效率高、结构小巧、噪音低、成本低廉，稍加改进即可实用。
本设计是对射频激励全金属环波导ｃｏｚ激光器电源而进行的一次有益探索和尝试。
关键词：ｃｏｚ激光器；射频电源；高频功率放大；阻抗匹配网络ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＲＦ—ｅｘｃｉｔｅｄＣ０２ｌａｓｅｒｉｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｐｏｐｕｌａｒｌｙｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｍｅｄｉｃａｌｓｕｒｇｅｒｙａｎｄｒａｄａｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｓｏｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｓｍａｌｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ｌａｒｇｅｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｎｇｌｉｆｅ—ｓｐａｎＡｓｐｏｗｅｒＢａｓｅｄｏｎｓｏｕｒｃｅａｎｄｇｏｏｄｂｅａｍｏｆｌｉｇｈｔ．ｏｆｔｈｅｌａｓｅｒ，ＲＦｐｏｗｅｒｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｌａｓｅｒｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆＨＦｐｏｗｅｒａａｍｐｌｉｆｉｅｒａｎｄｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｔｈｅａｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｗａｙｏｆｈｏｗｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｎ，ｍａｋｅＲＦＣ０２ｌａｓｅｒｐｏｗｅｒ，ｗｉｔｈｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｄｅｍａｎｄｅｄｂｙｔｈｅｌａｓｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｕｂｅｏｆａｎａｎｎｕｌａｒｗａｖｅｇｕｉｄｅＣ０２ｌａｓｅｒｗｉｔｈａｌｌ—ｍｅｔａｌｌｉｃｍａｔｅｒｉａｌ．Ｐｒｉｍａｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｓｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓａｒｅ１．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆａＲＦ—ｅｘｃｉｔｅｄａｎｎｕｌａｒｗａｖｅｇｕｉｄｅＣ０２ｌａｓｅｒｗｉｔｈａｌｌ－ｍｅｔａｌｌｉｃｍａｔｅｒｉａｌＣ０２ｌａｓｅｒａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆａｎｏｒｍａｌＲＦ－ｅｘｃｉｔｅｄＣ０２ｌａｓｅｒｐｏｗｅｒａｒｅ２．ＨＦｐｏｗｅｒａｎａｌｙｓｅｄ．ｔｗｏｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎＲＦａｍｐｌｉｆｉｅｒａｎｄｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇａｒｅｐｏｗｅｒ．ＡｆｔｅｒｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＬＦｐｏｗｅｒｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＨＦｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒａｎｄＨＦｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｉｎａｍｐｌｉｆｉｅｒａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ａｎｄｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇｉｓａｌｓｏｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．３．ＡＲＦ—ｅｘｃｉｔｅｄＣ０２ｌａｓｅｒｐｏｗｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｗｉｔｈｉｔｓ‟ｆｅａｔｕｒｅｍｅｅｔｉｎｇｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｉｔｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓ：ＲＦｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ＲＦｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＤＣＴｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｎｅｔｗｏｒｋ．ａｒｅｓｕｐｐｌｙｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｍａｔｃｈｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋ．ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＲＦｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒａｎｄＷｅｌｄ一４ｔｈｅｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇ４．Ｒｏｕｔｉｎｇ，ＰＣＢｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｌａｙｏｕｔａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｕｒｎ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｓｔｅｐｓｏｆｍａｋｉｎｇａｃｉｒｃｕｉｔａｌｅａｄｊｕｓｔｉｎｇａｎｄｔｒｉｍ．Ｓｏｍｅｓｔｅｐｓａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ‟ｈｅａｔ５．Ａｆｔｅｒｄｉｓｐｅｌｌｉｎｇａｎｄｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇｏｆｎｏｉｓｅａａｎｄｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．ａｎａｌｙｓｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａ，ｄｒａｗｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎａｎｄｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｓｏｍｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｃｏｕｎｔｒｉｅｓ，ｗｅｈａｖｅａｌｏｎｇｗａｙｔｏｇｏｉｎｌｌＩ令金属环波导ＣＯ：激光器射频电源的研究Ｌｊ实践ＲＦ—ｅｘｃｉｔｅｄＣ０２ｌａｓｅｒｐｏｗｅｒ．ＴｈｅＲＦＣ０２ｌａｓｅｒａｎｄｉｔｓｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍａｌｅｍａｉｎｌｙｐｏｗｅｒｉｍｐｏｒｔｅｄｆｒｏｍｔｈｏｓｅｃｏｕｎｔｒｉｅｓ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲＦ—ｅｘｃｉｔｅｄＣ０２ｌａｓｅｒｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇｖｉｒｔｕｅｓ：ｓｔａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｈｉｇｈｎｏｉｓｅｆｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｗａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ．ＩｔｉｓａｍｅａｎｉｎｇｆｕｌｔｒｙｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃＲＦｐｏｗｅｒａｎａｎｎｕｌａｒｗａｖｅｇｕｉｄｅＣ０２ｌａｓｅｒｗｉｔｈａｌｌ－ｍｅｔａｌｌｉｃｍａｔｅｒｉａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃ０２ｌａｓｅｒ；ＲＦｐｏｗｅｒ；ＨＦｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ；Ｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋ１Ｖ第１章绪论分、外围保护电路和电源与激光头的匹配网络等。
第四章-射频板条CO2激光器
板条腔分析：一般对于短增益长度的连续CO2激光器其 最佳能量耦合输出不超过15%，稳定—非稳谐振腔是 解决上述问题一个有效办法，此种谐振腔在一个方向 上是稳定的，而在另一方向上是非稳的，这种腔是一 种混合腔，同时具有两种腔的特点。
在非稳方向上，光束能展开以充分利用此方向的 激活区，而在稳定方向上，光束被限制在窄的稳 定区域内，激光运行于低阶模。因此，采用这种 腔既能充分利用激活区又能获得好的光束质量（ 特别是稳定方向只能运行基模时）。
1.扩散冷却CO2激光器原理====面积放大概念 玻璃管激光器长度放大：激光器工作时所产生废能热传导扩散到 放电管管壁，然后由水冷套中的冷却水带走。注入电功率，即 T max Pin k g 4 l 1 Q 式中kg为气体的热传导系数，Tmax为最大允许温升，Q为量子效 率，l为放电管的长度。这类激光器的输出功率仅和放电长度有关。
（2）离轴非稳腔：对平板结构的激光器，选取窄方向为 稳定方向，另一垂直方向为非稳方向，光轴位于非稳方 向的一侧，激光从非稳方向的另一侧的耦合孔输出。 作业：射频板条激光器的光腔特点？
该谐振腔由共焦放置的球面镜R1和R2构成 正支非稳腔：凹凸镜：R1-R2=2L
2013-9-17 激光器件原理与设计 19
(b) 输出镜M1上的相位分布
(c) 远场聚焦场
激光器光腔---输出光束
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
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第四章 射频板条CO2激光器
唐霞辉教授
激光加工国家工程研究中心
2013-3-26
射频板条CO2激光器是高功率连续CO2激光器的历史进化最高水平，从哲学上讲，实现由不流动---流动----回到不流动。
目前最高水平德国RIFON。
每年进口600台。
工程技术难度极大。
第四章 扩散冷却射频板条CO2激光器4.1 扩散冷却的基本结构及原理
4.2 射频激励技术
4.3 非稳波导混合腔
4.4 光束整形
4.5 ROFIN射频板条产品
4.6 国产化研究进展
大功率射频电源设计与开发 射频气体放电理论与参数测试非稳波导混合谐振腔
高精度射频板条电极设计与加工光束整形设计匹配网络与并联谐振技术
射频板条CO2激光器结构及关键技术框图
4.1射频板条CO2激光器基本结构及原理
1.扩散冷却CO 2激光器原理====面积放大概念
玻璃管激光器长度放大：激光器工作时所产生废能热传导扩散到放电管管壁，然后由水冷套中的冷却水带走。
注入电功率，即
式中k g 为气体的热传导系数，∆T max 为最大允许温升，ηQ 为量子效率，l 为放电管的长度。
这类激光器的输出功率仅和放电长度有关。
l T k P Q
g in πη41max ⋅-∆=
射频板条激光器理论基础----面积放大：放电气体的热量传输到两个相距很近的金属电极上，然后被电极内流动的冷却液带走热量。
作业：玻璃管激光器和射频板条的不同点？
x 0
d Gas
Tg Water cooling T w
T 1 T
1T 2
T 2Water cooling
Tw
式中：h-对流换热系数，K C －电极导热系数， kg－气体热传导系数， A－放电面积，d为放电间隙，∆d为电极板厚度。
射频板条注入功率计算公式----注入功率P in 与面积A成正比
P T h d k d k A
in c g =++⎛⎝ ⎫⎭⎪⎪⋅∆∆m ax 1228
由上式知，在给定放电区内最大允许温升情况下：a) 与放电面积A成正比，即具有注入功率“面积放大”功能。
b) 随着放电间隙的增加而下降，减小放电间隙有助于提高注入功率密度。
P in P in
1. 激光束
2. 光束整形
3. 输出镜
4. 冷却水出
5. 射频激励
6. 冷却水入
7. 尾镜
8. 射频激励放电区
9. 射频电极7
1
234
8
96
5
射频板条激光器内部基本原理
2.比输出功率P
与电极间距d关系---非常重要设计依据
A
当d>1mm时， P A与d反比关系近似
成立；
当d<1mm时，波导损耗太大，放电
均匀性难以保证，不宜采用；
当d>6mm时，气体的热输运速率下
降；
结论：考虑到d对气体热输运速率的
影响，国际上通常采用的d值多为1～
3mm。
实际1.5mm。
3. 射频电极类型
(a) 传统波导结构(b) 刻有凹槽的波导结构(c) 径向弯曲的波导结构
平板波导激光器具有结构简单、放电面积大、输出功率高的优点，具有广泛的应用前景。
将射频激励技术与波导CO2激光器相结合。
高功率全部是平板波导！
4.射频放电激励优点
射频波可实现高频幅度调制，其调制频率可达100kHz，这是直流放电激励方式所不能达到的；
射频放电具有正向伏安特性，可实现持续放电，而直流气体放电具有负向伏安特性，须串联限流电阻才能形成持续放电，其限流电阻消耗功率在30%左右。
射频横向放电激励方式工作电压低（约几百伏特，而直流放电激励为几千伏），并且射频激励技术还可以实现外电极放电，从而可以避免电极污染，有助于延长激光器的寿命。
射频横向放电激励方式可实现大面积均匀放电激励和实现单电源输入多通道同时放电均匀激励，因而可按面积比例提高激光器输出功率。
5.非稳波导混合腔---射频板条的独特
（1）定义：谐振腔在一个方向上是稳定的，在稳定方向上，光束被限制在窄的稳定区域内，激光运行于低阶模。
在另一个方向上是非稳的，在非稳方向上，光束能展开以充分利用此方向的激活区。
传统非稳定腔问题：在高功率、高增益、大体积的激光器中，广泛采用非稳腔技术获得高光束质量的激光输出。
但对于扩散冷却的CO2激光器，其增益系数小于1%cm -1，使用传统的非稳腔不能有效地提取能量。
因为对于非对称腔而言，为了获得较好的模式鉴别力，腔的几何放大率M k 必须大，这样导致腔的往返损失1
－1/ 太大而不能获得最佳的能量耦合输出。
稳定--非稳定腔的机理分析
2K M
板条腔分析：一般对于短增益长度的连续CO2激光器其最佳能量耦合输出不超过15%，稳定—非稳谐振腔是解决上述问题一个有效办法，此种谐振腔在一个方向上是稳定的，而在另一方向上是非稳的，这种腔是一种混合腔，同时具有两种腔的特点。
在非稳方向上，光束能展开以充分利用此方向的激活区，而在稳定方向上，光束被限制在窄的稳定区域内，激光运行于低阶模。
因此，采用这种腔既能充分利用激活区又能获得好的光束质量（特别是稳定方向只能运行基模时）。
（2）离轴非稳腔：对平板结构的激光器，选取窄方向为稳定方向，另一垂直方向为非稳方向，光轴位于非稳方向的一侧，激光从非稳方向的另一侧的耦合孔输出。
作业：射频板条激光器的光腔特点？
该谐振腔由共焦放置的球面镜R 1和R 2构成正支非稳腔：凹凸镜：R 1-R 2=2L
该谐振腔由共焦放置的球面镜R 1和R 2构成正支非稳腔：凹凸镜：R 1-R 2=2L
DC-Training Rofin DC---实际---负支非稳腔：双凹镜：R1+R2=2L
该谐振腔由共焦放置的球面镜R 1和R 2构成
负支非稳腔：双凹镜：R 1+R 2=2L
其中L 是腔的长度，几何放大率为 ，输出耦合系数 ，在设计谐振腔时使凹镜完全覆盖宽度为a 0的放电区，凸镜部分覆盖放电区，形成一输出耦合孔，满足Md 0=a 0，而谐振腔的光轴位于离放电区边缘a 处。
离轴输出，和一般的同轴非稳腔不一样。
21R R M =δ=-11M
9.2 射频激励技术
激光输出
自激励射频电源真空泵
射频电极结构：无氧铜---表面镀膜--光波导
并联电感后的电极结构示意图二维均压电感分布示意图博士课题---射频气体电子学
射频放电分析
α放电和γ放电的发光强度分布图实验中拍摄的α放电照片
射频源
鞘
层
鞘
层
等离子体
=
θ
π
θ=
Z
D (a) 等离子体分布图 (b) 放电区电位分布图
Z
Z
D
功
率
密
度
电
子
密
度
(c) 等离子体功率耗散及电子密度分布
(d) 电子在射频电场中的振荡
等离子体的空间分布特征
传输线等效电路模型图
长度方向电压分布函数曲线
（200mm×1000mm极板）
大面积射频板条气体放电的电压分布
(a)中间馈入（b）电极侧面馈入横向电压分布函数曲线（200mm×1000mm极板）
（a）均压模型1 （b）均压模型2
不同均压模型下的电压分布函数曲线（200mm×1000mm极板）均压前后电压波动比较（200mm×1000mm极板）
(a)40mm×500mm极板 (b)200mm×1000mm极板
横向中间馈入方式的二维均压模型
（a）不均匀放电1
（b）不均匀放电2
（c）均匀放电
不同均匀程度的放电发光分布
filament anode grid load feedback 40KW自激式射频电源原理图
电源各级波形图---实际非常重要--硕士课题
电子管CTK-15-2：法国THALES独家垄断
T
T
T
1 >
1 >
2 >1) Ch 1: 5 Volt 10 us
2) Ch 2: 2 Volt 10 us
dX: 16.6 us
X: -16.5 us
信号调制方式：调幅、调频、调宽
激光功率变化---射频调制---调宽方式---2 % Level
T T T 1 >
1 >
2 >1) Ch 1: 5 Volt 5 us
2) Ch 2: 2 Volt 5 us dX: 16.7 us
X: 152 ns T
T T 1 >1 >2 >
1) Ch 1: 5 Volt 5 us 2) Ch 2: 2 Volt 5 us
dX: 16.7 us
X: 152 ns
T
T
T
1 >
1 >
2 >
2 >1) Ch 1: 5 Volt 2.5 us
2) Ch 2: 1 Volt 2.5 us dY: 2.30 Volt Y: -2.23 Volt
CW: PWM duty cycle, Grid current
2,3 A
L3
4.3 光腔技术
电气单元
激光输出谐振腔
气瓶
(a) 输出镜M1上的振幅分布(b) 输出镜M1上的相位分布(c) 远场聚焦场
激光器光腔---输出光束。