Q-300全名為“射頻激勵擴散冷卻板條波導二氧化碳激光器”，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。射頻電源功率通過特制的饋通器導入電極板，電離電極板之間的工作氣體，產生增益物質，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，又可以穩定可靠高真空密封腔體。正極板和負電極板內部有水路，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工作氣體產生激光，同時大約80%的射頻功率變為熱量積聚在放電區。積聚在放電區的廢熱，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，保護放電極板不發生形變，保證激光功率的穩定性。

-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構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，光束發散角不同，并且X方向有旁瓣光束。Q-300激光器整形系統，先使用柱透鏡把光束變為圓光束，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，把光束變為圓對稱準高斯基模光束。

-偏振

Q-300的放電區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光經高反材料反射后，先后兩次經過相位延遲反射鏡，變為S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，然后經聚焦場鏡，實現小范圍的精確 快速加工。 加工區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吹氣（潔凈的空氣或者氮氣）進行保護。

光路上各個器件，在調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生81.36MHz的射頻信號，然后通過功放電 路，產生高功率射頻輸出。 射頻電源可以提供激光器狀態指示，如正常工作，溫度，流量，電壓等信號，通過觀察信號燈的狀態，判斷激光器的狀態。

-制冷系統和制冷水溫設定

合理適當的制冷對于Q-300射頻激光器的正常工作至關重要。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對激光器進行制冷。根據環境溫度和濕度的不同，制冷水溫設定范圍為 21~30度，流量不小于6.5L/min。 制冷水溫設定時，要參考環境溫度和濕度，防止激光器結露。如果激光器表面發生結露，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，制冷水溫要設置為23度或者更高。當然，如果設置的制冷水溫過高，高于建議范圍，比如35度，會造成放電區產生的廢熱不能有效 導出，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，或者水路結冰導致水路被脹破，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，調制激光器的輸出功率。根據輸出信號的脈寬和頻率，開關射頻電源，得到相應的激光脈沖輸出。對于Q-300激光器，最大占空比為60%。調Q頻率和脈沖寬度的關 系如下：

其中，W為調制脈沖寬度，單位為μs，Q為調制頻率，單位為KHz。比如，5KHz頻率，占空比為60%，根據上述公式，計算W=60%*1000/5=120μs。

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