RF CO2激光电源：分类、原理与发展趋势

"本文主要探讨了RF CO2激光电源的类别与原理，重点关注了能够输出15W激光功率所需的160W RF电源，该电源由振荡器、推挽放大器和调制器构成，支持连续输出和脉冲输出。文章还概述了RF CO2激光器的发展趋势和挑战，包括提高效率、降低成本、增强可靠性等方面，并详细分类了激光器的不同工作方式、谐振腔结构、激励极性、腔体材料、冷却方式以及封装形式。" RF CO2激光电源是用于激发CO2气体产生激光的一种关键组件，其工作原理涉及到射频（RF）能量的转换和控制。这种电源通常由三个主要部分组成：振荡器、推挽放大器和调制器。振荡器生成高频RF信号，推挽放大器则将这个信号放大到足以驱动激光放电的程度。调制器则负责控制激光的输出模式，可以实现连续输出或脉冲输出，其中脉冲输出的调制频率可高达1MHz，适合于精细加工和高速打标应用。 RF CO2激光器根据不同的设计和功能，可以分为多个类别。按输出方式分类，包括连续输出和脉冲输出，脉冲输出又可以进一步细分为调制频率高达1MHz的快速脉冲和Q开关输出，后者通过电光调Q或声光调Q实现高峰值功率。按谐振腔的工作方式，激光器可分为波导腔和自由空间腔，波导腔适合小孔径应用，自由空间腔则适用于较大孔径的需求。激励极性分为单相和反相，不同极性会影响激光的放电特性。腔体结构多样化，包括单腔、多腔（如折叠腔、列阵腔和积木式腔体）以及大面积放电设计，如平板型和同心环型。 此外，RF CO2激光器的谐振腔材料选择也很重要，包括金属-陶瓷混合、全陶瓷和全金属类型，每种材料对热管理和激光性能都有影响。冷却方式有空气冷却和水冷却，前者适合轻便型设计，后者则适用于高功率运行。封装方式分为封离型和流动型，封离型保证气体纯净，而流动型则通过不断更换气体来维持性能。 尽管RF CO2激光器自1973年以来已经有相当长的发展历史，但其研究和发展仍然活跃，主要目标是降低成本、延长寿命、提升输出功率和效率，同时减小体积和重量，提高可靠性，优化各项性能指标，以满足不同应用场景的需求。从最初的线圈绕制在波导上的设计，到现在的精密复杂系统，RF CO2激光电源和激光器的设计不断演进，以适应日益增长的工业、医疗和科研应用。