Q-300全名為“射頻激勵擴散冷卻板條波導(dǎo)二氧化碳激光器”，該射頻激光器原理采用射頻電源作為泵浦源，兩塊長方形金屬板條平行放置，中間間隔約幾毫米，不同激光器間隔不同。其中一塊電極板通過金屬外殼接地，命名為負極板，一塊通過射頻饋入器件和射頻電源相連，命名為正極板。兩個全反射鏡安裝在兩金屬板條兩端，組成激光器諧振腔，用于提取激光。正負極板和激光腔鏡安裝在密封的金屬腔體內(nèi)部，金屬腔體通常采用鋁合金材料。激光工作氣體，正負電極板，激光腔鏡密封在金屬腔內(nèi)。射頻電源功率通過特制的饋通器導(dǎo)入電極板，電離電極板之間的工作氣體，產(chǎn)生增益物質(zhì)，激光輸出通過安裝于極板兩端的腔鏡提取，激光光束從密封腔體上的窗口輸出，窗口使用鍍增透膜的ZnSe鏡片密封，既可以高效提取激光能量，又可以穩(wěn)定可靠高真空密封腔體。正極板和負電極板內(nèi)部有水路，兩種極板均需通水強制冷卻。其中正極板的水路需要特殊設(shè)計，以保證正極板和外部絕緣，并順暢通水。Q-300射頻激光器原理示意圖如下，示意圖沒有畫出極板的冷卻水路和與正負極板相連的電感線圈：
Q-300金屬射頻二氧化碳激光器工作原理圖
-散熱
注入的射頻功率，電離CO2工作氣體產(chǎn)生激光，同時大約80%的射頻功率變?yōu)闊崃糠e聚在放電區(qū)。積聚在放電區(qū)的廢熱，直接傳遞到金屬放電極板，放電極板中的流動的冷卻水把廢熱帶走，保護放電極板不發(fā)生形變，保證激光功率的穩(wěn)定性。
-光束整形
Q-300射頻二氧化碳激光器的諧振腔在兩個方向結(jié)構(gòu)的不對稱決定了激光器輸出的光束，在腔外傳輸時的不對稱。腔外光束為橢圓光斑，X和Y方向的光斑大小，光束發(fā)散角不同，并且X方向有旁瓣光束。Q-300激光器整形系統(tǒng)，先使用柱透鏡把光束變?yōu)閳A光束，然后聚焦，在焦點位置利用空間濾波器去除旁瓣光束，最后再準直。通過上述方法，把光束變?yōu)閳A對稱準高斯基模光束。
-偏振
Q-300的放電區(qū)平行于激光器的底板方向，其輸出光束為線偏振光，偏振方向平行于底板方向。 如果需要使用圓偏振光，可以在光路中增加相位延遲器件，如相位延遲反射鏡。
在金屬射頻二氧化碳激光器應(yīng)用于高反射材料的加工時，需要在光路中插入后向反射光束隔離器。其原理如下：首先激光光束入射到對P偏振光完全透射，對S光完全反射的器件，如布魯斯特窗，然后入射到一 個45度相位延遲器件，如45度相位延遲反射鏡，然后入射到聚焦鏡，進行激光加工。P光經(jīng)高反材料反射后，先后兩次經(jīng)過相位延遲反射鏡，變?yōu)镾光，入射到布魯斯特窗時，無法透射，被全部反射，不能回到激光器中。布魯斯特窗和45度相位延遲鏡組成的單向光路傳輸器件，就是一種光束隔離器。
-光束傳輸光路搭建和光學(xué)器件的保護
一般情況下，激光光束通過擴束然后聚焦的方式到達材料，進行激光加工。對于切割機光路模式， 激光光束通過兩片可以移動的45度反射鏡，入射到聚焦鏡上進行材料加工。對于振鏡打標機光路模式 （后聚焦），激光光束先入射到擴束鏡，然后入射兩塊振鏡片，然后經(jīng)聚焦場鏡，實現(xiàn)小范圍的精確 快速加工。 加工區(qū)要有良好的排氣裝置，以保證廢氣不會污染鏡片。從激光器出口到聚焦鏡，要安裝可靠的 光路密封裝置，必要時光路密封裝置內(nèi)吹氣（潔凈的空氣或者氮氣）進行保護。
光路上各個器件，在調(diào)試安裝時要小心操作，不能污染到器件表面，同時，安裝時不可使鏡片承 受過大的機械應(yīng)力。
斯派特激光的Q-300射頻二氧化碳激光器由一個81.36MHz的射頻電源驅(qū)動。電源電路使用48V直流電源供電，通過控制信號 （如PWM信號）控制輸出功率的大小。首先使用一個晶振產(chǎn)生81.36MHz的射頻信號，然后通過功放電 路，產(chǎn)生高功率射頻輸出。 射頻電源可以提供激光器狀態(tài)指示，如正常工作，溫度，流量，電壓等信號，通過觀察信號燈的狀態(tài)，判斷激光器的狀態(tài)。
-制冷系統(tǒng)和制冷水溫設(shè)定
合理適當(dāng)?shù)闹评鋵τ赒-300射頻激光器的正常工作至關(guān)重要。由于注入的射頻功率大部分變成了廢熱， 所以，需要匹配的制冷系統(tǒng)對激光器進行制冷。根據(jù)環(huán)境溫度和濕度的不同，制冷水溫設(shè)定范圍為 21~30度，流量不小于6.5L/min。 制冷水溫設(shè)定時，要參考環(huán)境溫度和濕度，防止激光器結(jié)露。如果激光器表面發(fā)生結(jié)露，會對激光器造成不可逆的傷害，嚴重影響激光器的壽命。制冷水溫，要高于空氣的露點。比如，如果露點為 22度，制冷水溫要設(shè)置為23度或者更高。當(dāng)然，如果設(shè)置的制冷水溫過高，高于建議范圍，比如35度，會造成放電區(qū)產(chǎn)生的廢熱不能有效 導(dǎo)出，造成激光功率降低，增加射頻電源故障的概率。 制冷冷卻水，必須使用去離子的純水。如果使用自來水，會造成水路結(jié)垢，腐蝕水路的問題，從而對激光器造成致命的傷害。 不要在冰點附近的環(huán)境中運行激光器，制冷水中可能存在的冰晶，會對激光器水路沖擊，影響激光器的壽命。在儲存激光器時，要排空激光器水路中的水，防止水在存放過程中腐蝕水路，或者水路結(jié)冰導(dǎo)致水路被脹破，造成激光器報廢。
射頻二氧化碳激光器接受外部輸入的控制信號，調(diào)制激光器的輸出功率。根據(jù)輸出信號的脈寬和頻率，開關(guān)射頻電源，得到相應(yīng)的激光脈沖輸出。對于Q-300激光器，最大占空比為60%。調(diào)Q頻率和脈沖寬度的關(guān) 系如下：
其中，W為調(diào)制脈沖寬度，單位為μs，Q為調(diào)制頻率，單位為KHz。比如，5KHz頻率，占空比為60%，根據(jù)上述公式，計算W=60%*1000/5=120μs。
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