阻抗自调控ＣＯ2激光器电源制造技术

本实用新型专利技术属于激光器电源领域。本电源采用阻抗自调控电路，由强迫放电的直流予电离支路和功率电流支路构成。不仅使激光器的起辉放电电压降低到使用一般电源时起辉放电电压的５０％以下，激光器可以脉冲或连续两种状态工作，输出激光功率可从０开始到满功率大范围连续可调，而且可得到小纹波甚至无纹波的激光输出。结构也很简单。（*该技术在2000年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光器电源领域。CO2激光器在工业、农业、医学和科学技术等领域有着极其广泛的应用，它是目前销售量最大、应用最广的激光器。但对于一般的CO2激光器，在放电回路串联大阻值的限流电阻时，输出激光可得到从零开始小功率范围的连续可调，但难以得到大功率输出，在放电回路里串联较小阻值的限流电阻时，可得到大功率激光输出，却又难以得到从零开始小功率范围的连续可调。参见激光与红外1989、No.1.P12“世界医用激光市场述评”。因而对目前应用最广的CO2激光器存在的一个最大缺点就是输出激光功率不能从零开始大范围连续可调，这不仅对工作带来不便，使激光器的通用性也受到了很大的限制。中国专利申请89214005.4号提供的交流予电离连续气体激光器电源，能很好的使CO2激光器的输出激光平均功率从零开始大范围连续可调，但由于采用交流予电离方式，因而难以输出小纹波甚至无纹波的激光束。本技术的目的在于提供不同结构的阻抗自调控CO2激光器电源，它既能使激光器以脉冲和连续两种状态工作，激光器的输出功率从零开始大范围连续可调，又能使激光器高效率运转，在连续波输出时，可得到小纹波甚至无纹波的激光束。对于气体放电，只要阻抗匹配，就能得到稳定放电，我们采用了人们不曾使用的特殊电路，利用稳压二极管和晶体三极管的电流特性，把稳压二极管和晶体三极管做为电阻使用，使限流电路在小电流时具有很高的阻抗，在大电流时具有低的阻抗，研制成阻抗自调控CO2激光器电源。图一是稳压二极管结构的阻抗自调控CO2激光器电源的电路原理图。它主要由高压直流源A，阻抗自调控电路B，激光管C三部分组成。高压直流源A可以是全波整流滤波型，半波整流滤波型，倍压型，倍压和全波整流复合型，谐振型。阻抗自调控电路是由电阻R1R2和稳压二极管D组成。R1的一端与高压源的输出端E点连接，另一端与R2和D连接，D并联于R2的两端，D和R2的另一端与激光管的正极F点连接。激光器的工作电流是由R2和D两条互相并联支路来提供，一条是强迫放电的直流予电离支路，另一条是功率电流支路，R1是当稳压管D万一短路时对激光管起保护作用，对不同的激光管，R1的阻值可取几KΩ－MΩ。当R2上压降小于D的稳压值时，D的等效阻抗是很大的，因而R2对激光管起辉放电起决定作用，对不同的激光管，R2的阻值可取几百KΩ－几MΩ。随着工作电流的增大，R2上的电压增大。当R2上的电压降等于D的稳压值时，稳压管D随之导通，随着工作电流的再增加，流过R2的电流将为一个恒值，其电功率主要通过稳压管D供给。选择稳压管D的原则是稳压管D的工作电流应不小于激光管的最大工作电流与流过R2的电流差，稳压管D的稳压值应大于能维持激光管稳定放电的最小工作电流与R2的乘积。如果一只稳压管的稳压电压太低，可采用几只或数只稳压管串联。或几个R2和D并联后再串联。图二所示。如果稳压管的电流不够大，可采用两路或多路并联。图三所示。R21，R22的作用是使二只稳压管平衡工作，此时也可去掉R1。对于晶体管，它的阻抗是随着其基极电压的改变而变化，这一点与稳压二极管有着类似的特性，所以也可用三极管组成阻抗自调控电路。图四是晶体三极管结构的阻抗自调控CO2激光器电源的电路原理图。与上述利用稳压管电路的区别是阻抗自调控电路是由晶体三极管和电阻组成，即由T1，T2，R11，R12，R13，R14，R21，R22，R23，R24，R31组成。其基本特点与稳压管电路大致相同。激光管的工作电流由两条支路供给，一条是通过R12，R13，R22，R23的支路的电流，另一条是通过R11，T1，R21，T2的支路的电流。电路元件的选择原则为R11＋R21＋R31的阻值应为激光管在中大功率工作的最佳阻值，R12＋R13＋R22＋R23的阻值应能为使激光管在较低电压时，起辉小电流稳定放电的最佳阻值。R12，R13和R14的匹配与R22，R23和R24的匹配，即要保证在激光管起辉稳定放电后T1，T2导通，又不能使T1、T2过压而击穿，同时在保证激光管稳定放电的条件下，使T1和T2尽快饱和而降低T1和T2的功耗与负载。由于激光管放电时的负阻特性，为了减小T1，T2和激光管的相互影响，R14和R24对稳定工作电流有一定的抑制作用。当在小的工作电流时，R12，R13，R22，R24支路起主导作用，随着工作电流的增加，T1，T2导通，R11，T1，R21，T2支路起主导作用。同时，两支路电流之间有一定的自调制作用。在限流电路中串几只晶体三极管为宜，要根据激光管和晶体三极管的特性而定。如果激光管的工作电流较大，可采取串并联组合来解决。阻抗自调控电路能使激光器在脉冲和连续两种状态下工作。从图一和图四可看出，当滤波电容C和功率电流支路的阻抗较小时，激光管将以电源周波数的频率脉冲工作；当滤波电容C和功率电流支路的阻抗较大时，激光管以连续状态工作。滤波电容C和功率电流支路的阻抗足够大时，将可得到小纹波甚至无纹波的激光束输出。显然，只要用一个开关改变滤波电容的电容量，就可使激光器以脉冲或连续两种状态工作。无论那一种电路，工作电流都是随着电源电压的升高而增大，因而输出激光功率随着工作电流的增加而增大，从而实现输出激光功率从零开始到满功率大范围的连续可调，并可得到小纹波甚至无纹波的激光束输出。采用上述几种阻抗自调控电路装成的CO2激光器电源，分别用于管长80cm和20cm不同激光管，均收到了满意的效果，实验表明采用提供的阻抗自调控CO2激光器电源，不仅可使激光器的起辉放电电压较一般的激光器电源降低50％，激光器可以脉冲和连续两种状态工作，输出激光功率从零到满功率范围连续可调，而且可得到小纹波或无纹波的激光束，同时可使最大激光输出提高10％左右。显然，这里所提供的阻抗自调控CO2激光器电源，不仅适用于CO2激光器，同样适用于同类其它气体激光器。实施例一按图一所示电路装一台连续波输出，激光功率从0－10W连续可调的CO2激光器电源。图一中C部分，选用20cm长的激光管，选用85Cl－15mA电流表；图一中A部分，选用TDCC型100W调压器，自绕的10KV0.02A的高压变压器，用2DL0.02／20KV高压硅堆制做全波整流桥，用DG型0.2μ 20KV电容器作滤波电容C，制成高压直流源；图一中B部分，R1采用2个100KRX20－100型线绕电阻串联，R2选用RT型1MΩ的碳膜电阻，稳压管D采用3个2DW151串联，组成阻抗自调控电路。实施例二按图一所示电路装一台以100Hz脉冲输出，平均功率从0－9W连续可调的CO2激光器电源。除了高压直流源(A)中的滤波电容C改用2个C804型0.01μf外，其他条件与实施例一相同。实施例三装一台0－30W的CO2激光器电源。高压直流源按实施例一条件制做，阻抗自调控电路按图二所示制做，R1采用3个100KR×20－100型线绕电阻串联，R21和R22均用1MΩ100W碳膜电阻，D1和D2分别用2个2DW148稳压二极管。采用80cm长的激光管。实施例四阻抗自调控电路按图三所示电路连接，但省去R1，R22和R21选用800KΩ电阻，D1选用2个2DW151串联；其他条件与实施例一相同。实施例五按图四电路装一台输出激光0－30W的CO2激光器电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由高压源，限流电路，电流表组成的阻抗自调控ＣＯ↓［２］激光器电源，其特征在于：由强迫放电的直流予电离支路和功率电流支路构成互相并联的阻抗自调控电路（Ｂ）；阻抗自调控电路（Ｂ）一端与高压源（Ａ）输出端Ｅ点连接，另一端与激光管（Ｃ）的正极Ｆ点连接；强迫放电的直流予电离支路由电阻（Ｒ↓［１］，Ｒ↓［２］）串联组成，功率电流支路由稳压管（Ｄ）或稳压管（Ｄ）和电阻串并联或晶体三极管（Ｔ）和电阻串并联组成，电阻（Ｒ↓［１］）对激光管起保护作用，Ｒ↓［１］，Ｒ↓［２］使激光管起辉放电，稳压管（Ｄ）或晶体三极管（Ｔ）作为电阻使用，调节阻抗；高压直流源可以是全波整流滤波型，半波整流滤波型，倍压型，倍压和全波整流复合型，谐振型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕惠宾，周岳亮，崔大复，陆斌，陈正豪，谢苑林，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]