在大功率激光工业加工领域,轴快流CO₂激光器由于其卓越的性能而得到了广泛的应用。射频激励特性是制约轴快流CO₂激光器向更高功率发展的关键。本文针对大功率轴快流CO₂激光器的射频激励特性,采用数值模拟的方法分析了频率对放电管内混合气体放电特性的影响,通过实验的方法研究了一种用于大功率轴快流CO₂激光器的全固态射频电源,设计了用于监测入射、反射功率的射频功率检测电路,并对用于射频功率MOS管的微通道热沉进行了优化设计。论文的主要内容如下：基于一维流体模型研究了不同驱动频率对轴快流CO：激光器放电管中CO₂/He/N2混合气体射频放电的影响。研究表明当激励频率从5MHz增加到45MHz时,电子密度、激发态粒子密度随着驱动频率的增加而增加。在此过程中,电流密度变化平稳。模拟结果表明在频率增加的整个过程中管内放电均处于稳定的α放电模式。随着激励频率的增加,放电管内鞘层区域的电场强度、电子温度和等离子体区的长度均有增加,鞘层厚度减小。模拟结果还表明在整个放电过程中,电子的产生率贯穿了放电空间并在鞘层区出现峰值,这进一步解释了管内放电是处于稳定的α放电模式,并为射频电源设计时频率的选择提供了理论依据。依据大功率轴快流CO₂激光器对射频电源的要求,设计了频率为13.56MHz的全固态射频电源。为保证功率放大电路正常、有效的工作,设计了两路独立占空比可调的驱动电路板。为实现高效的功率输出,Class D的拓扑结构被用于功率放大电路的设计。为使功率放大电路的开关损耗降至最低,对上、下功率开关管的死区时间做了特殊的设定。为适应标准50Ω的阻抗输出,设计了对应的阻抗匹配电路。最后对制作的电源样机进行了实验。依据功率MOSFET正常工作时对散热性能的要求,为进一步缩小散热热沉的体积,采用数值模拟的方法对矩形凹槽结构的微通道热沉进行了优化设计。对矩形凹槽角度、凹槽间距和微通道中左、右凹槽的交错距离变化时,微通道热沉内的流动与传热特性进行了分析。还对两种不同种类、浓度的纳米流在矩形凹槽微通道热沉中的散热情况进行了数值模拟。研究表明经过优化的凹槽结构微通道热沉完全能够保证功率开关管对散热的要求；存在一个最优化的凹槽间距尺寸以提供最好的散热效果；纳米流浓度的增加能够提升热沉整体的换热能力,同时压损也会相应增加。为实现对射频电源与放电负载之间入射、反射功率实时监控,设计了一种通过式的射频功率检测电路。对其中的定向耦合电路、乘法电路、滤波电路、放大电路和整流电路进行了相应的分析。利用仿真软件对设计的参数进行了验证。最后对打样电路进行了实验。