- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
微波激励CO2激光器调谐调配的研究
录入：edatop.com 点击：
| 微波激励CO2激光器调谐调配的研究 眭聿文 摘要 由单螺调配器和双螺调配器组成的复合调配机构的设计原理的这种机构，能避免二者单独使用的不利因素,而采用在单螺调配器和双螺调配器之间夹膜孔的复合调配机构能使调谐调配互相兼容;并对同轴线传输的电场耦合方式进行了讨论，对波导——同轴线转换器的探针伸入深度和TE102模式下激励腔的设计进行了计算;最后给出了在不同气压下的放电试验结果。 An Investigation of the Tuning and Matching Structure of a Microwave Excitation CO2 Laser Sui Yuwen Abstract The excitation structure of a gas laser should only have a good matching among the microwave power source,transmission line and plasma load so that most power can be obtained from the source.In the meantime,efficiency can be raised and the discharging can be made stable.Using the coupling structure of the tuning and matching electric field parted by the diaphragm with hole in the middle,we can meet this demand. 引言 1 波导型螺钉调配器的原理和设计
式中 如果反射系数Г(z)=0,则Zin=1,即有Zc=Z0和Zin=Zc,这时传输线所传输的功率全被负载吸收而无反射。但在实际中,往往Z0≠ZC,这必须在它们之间加调配器,通过调节调配器螺钉的位置和深度,可在各种不同负载下使Z0=ZC. |
——归一化输入阻抗;
——归一化负载阻抗;
,根据圆图,可找出归一化导纳为:
，对应于圆图的A点(见图2)，接入单螺匹配器后，必须使单螺钉左侧的归一化输入导纳为：
,即在等电导圆上的圆图中心。从A点沿着等驻波圆向电源方向转到G=1圆交于C点或B点。因为螺钉一般呈容性电纳,故取B点,B点即是螺钉所在的位置。由A点向电源方向转到B点的电长度:d/λg=(0.5-0.29)+0.16=0.37,即d=(3/8)λg为螺钉离负载的距离。在B点的归一化输入导纳
,调节螺钉的深度使其电纳为j0.8,这时B点沿G=1圆转到中心0点,就达到匹配。
| 图1 TE102模复合腔放电实验装置 |
|
对于螺距为λg/g的双螺匹配器,可以调节靠近负载处的第一螺钉插入深度,以改变其并联等效电纳,使另一螺钉处的归一化输入导纳为 |
,再调第二螺钉的深度,使其等效电纳为
,从而达到匹配。
| 图3 调配前(a)与调配后(b)的谐振频率 |
| 图4 螺钉S0的调谐范围 |
|
2 电场耦合对激励腔模场的畸变
式中 Z10，β10——分别是传输H10模的波阻抗与相常数； 同轴线负载端由同轴线内导体从激励腔宽边中央垂直插入,根据工作源频率与放电管长度,以及产生TE102模的条件［3］:
可确定矩形激励腔的尺寸为69×43×260mm,测出腔内电场纵向分布,与正弦波(0≤θ≤2π)相比较(见图6),可见,在馈入位置,电场分布有畸变。因此,腔内场分布主要由腔内模式决定,也受耦合方式的影响。通过模式与耦合方式的合理搭配,能起到改善场的均匀性的效果。 图5 膜孔对谐振频率的影响 |
|
3 放电实验结果 |
| 谐振时,反射减小,波形随之发生变化,直到瞬间击穿,随着调耦合,等离子体进一步吸收微波能量,反射更减小,注入功率密度增大。由于膜孔的分隔,双螺调配器的调配不再牵引谐振频率,因此避免了单螺调配器单独使用时调谐调配相制约的矛盾。由于螺钉伸入腔内的长度小于(1/4)λg,可在大功率下调配而不产生螺钉与波导间的打火(复合腔的放电结果见表1)。 表1 复合腔的放电结果 |
| 气体 | 气压(torr) | 起辉阈值(P/I) | 横向均匀性 | 反射波 | |
| 静态 | 流动 | ||||
| CO2∶H2∶He =1∶1∶8 | 0 | 600W/60mA |
|
|
|
| 15 | 700W/160mA |
|
|
| |
| 30 | 800W/200mA |
|
|
| |
| 45 | 1000W/220mA |
|
|
| |
| 55 | 1200W/240mA |
| 不稳定 | ||
| 纵向均匀性 |
| ||||
| 4 结论 由于综合考虑了微波源、传输线、等离子体之间的匹配要求,在调谐调配过程中,能实现起辉可靠,在不同气压下连续可调,放电稳定。但在较高气压的快速流动下,出现空洞,不稳定。因此对高气压的大功率激光器来说,必须有相应的大功率微波源来提高场强,并辅助以预电离,以维持E/P的最佳值,并通过加喷嘴产生紊流来改善经向的不均匀［4］。 作者简介:眭聿文 男 40岁 硕士 讲师 湘潭 411201 参考文献 收稿日期:1999-08-20 |
