CN100347915C

CN100347915C - 大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构

Info

Publication number: CN100347915C
Application number: CNB2005101347161A
Authority: CN
Inventors: 石景林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: CN1776973A

Abstract

本发明提供一种大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构，属于激光技术领域，本发明主要解决现有技术预电离不均匀效果差、放电不连续光束质量差、电极电场分布不均匀局部电场较大，不能应用于高气压大体积稳定均匀放电，本发明特征在于，由阴极(1)、镇流介质(2)、主放电阳极(3)、绝缘介质(4)、预电离阳极(5)所构成，主要用于大功率高气压大体积横流二氧化碳激光器连续均匀稳定放电。

Description

大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构

技术领域：

本发明提供一种大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构，属于激光技术领域。

背景技术：

大功率高气压大体积稳定均匀放电，是横流二氧化碳激光器核心关键问题，影响因素较多。目前国内措施之一是采取预电离技术，常用预电离电极结构如下：

1、管板式预电离电极结构：

横流二氧化碳激光器管式预电离电极结构(查鸿逵等，管板式横流10KWCO₂激光器的实验研究，中国激光，1992年，VOl.19，NO.10，728～734)，阴极是铜管，内部通水冷却。阳极均分几十小块，每小块串接镇流电阻，均接电源阳极，小块与小块之间用绝缘介质隔开。铜管下面有辅助电极，均匀分布一排数十个电容，电容另一端接钨丝，附助电极，与预电离脉冲电源阳极连接。辅助电极与阴极铜管构成针管式放电，实现光致预电离。

2、片条状预电离电极结构(李适民著，激光器件原理与设计，北京，国防工业出版社，1998年7月，96～100)：

片条状预电离电极结构，用于高气压脉冲横向激励二氧化碳激光器。阳极加工成茹科夫斯基形状平板，接电源阳极。阴极加工成许多等间隔沟槽，槽为金属片条状，槽与槽之间放置玻璃管，玻璃管内插入触发极钨丝。全部片条状阴极以导线连接接电源阴极，全部触发极钨丝以导线连接通过触发电容接电源阳极。

3、电子束预电离：

高能电子束由电子枪阴极提供，封闭在真空室内。电子枪窗口用铝箔(或钛箔)密封气体，允许高能电子通过。高能电子运动方向与主放电方向近似平行，起体积预电离作用。

现有技术首先存在预电离不均匀效果差问题。双放电预电离方向与主放电方向正交，即不是体积预电离，也不是表面预电离，预电离很不均匀效果差。电子束属于体积预电离，预电离连续均匀效果好，但电子枪窗口极易损坏，结构庞大，工艺繁杂，价格昂贵，产生X射线及α射线，对人体有危害，不便于普及和推广。其次，电极不连续，放电不连续光束质量差。管板式电极，阳极不连续。片条状电极，阴极不连续，针板式电极，阴极不连续，放电不连续，光束质量差。再其次，电极电场分布不均匀，局部电场较大，在高气压大体积放电时容易起弧，不能正常工作。

发明内容：

本发明通过发明技术解决现有技术存在的问题：

1、双放电体积预电离，解决现有技术预电离不均匀效果差的问题：

本发明双放电预电离，预电离方向与主放电方向相同，在我国现有加工条件下，可实现体积预电离，预电离连续均匀效果好。

2、电极放电连续，解决放电光束质量差问题：

阴极(1)、主放电阳极(3)、预电离阳极(5)，电极连续，放电连续光束质量好。

3、在放电区域内，电极电场分布均匀，有利于高气压大体积稳定均匀放电：

在放电区域内，阴极以放电面积周边前后左右为改进型茹科夫斯基形状。主放电阳极(3)、预电离阳极(5)为平板形状，其宽度比阴极(1)放电面积宽得多，其长度长得多，避免边缘效应，使电极整体电场分布均匀，有利于高气压大体积稳定均匀放电。如果在放电区域内，气体满足均匀分布条件(另有未申请专利论述)，本发明电极结构，在高气压大体积横流二氧化碳激光器中，能获得稳定均匀放电。

本发明大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构，使横流二氧化碳激光器预电离连续均匀效果好，放电连续光束质量好，在放电区域内电极电场分布均匀，有利于高气压大体积连续均匀稳定放电，显著提高激光器稳定性和放电光束质量，增加注入功率密度，放电性能接近射频激励，电极结构简单，寿命长，价格较低，工艺不太繁杂，体积小，便于普及和推广，有广阔发展空间。

本发明双放电体积预电离及产生激光工作原理，是利用电磁场能量及电场力双重作用实现的。根据《电工基础》理论(下册，俞大光著，人民教育出版社，1961年7月，120～124，217～240)，以及《无线电基础》理论(西安邮电学院编著，人民邮电出版社，1962年4月，1～4)，交变电信号要产生交变电场及交变磁场，并且同时存在。交变电信号产生电磁波，存在交变电磁场。交变电磁场具有能量W＝1/2DE+1/2BH＝1/2εE²+1/2μH²，电磁场能量，不仅使二氧化碳分子由基态激发到高能级，实现粒子数反转产生激光。而且在稀薄气体中，由于受宇宙射线照射等原因使气体产生少量带电粒子，在大的电场力F＝q₀E＝m a作用下形成徙动电流，使气体导电击穿，实现体积预电离。无声放电工作原理，实旨是利用电磁场能量及电场力双重作用实现的，镇流介质不能屏蔽电磁场。

附图说明：

附图为本发明大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构。

图中1是阴极，2是镇流介质，3是主放电阳极，4是绝缘介质，5是预电离阳极。

具体实施方式：

本发明提供一种大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构，其特征在于：

由阴极(1)、镇流介质(2)、主放电阳极(3)、绝缘介质(4)、预电离阳极(5)所构成。一块镇流介质(2)和阴极(1)，在放电区域的一侧，另一块镇流介质(2)及主放电阳极(3)、绝缘介质(4)、预电离阳极(5)，在放电区域的另一侧，并且预电离阳极(5)处于最外侧。绝缘介质(4)在主放电阳极(3)和预电离阳极(5)之间。阴极(1)放电面积周边前后左右为改进型茹科夫斯斯基形状，由数块薄铜板所构成，每块薄铜板两面镀绝缘介质层。主放电阳极(3)、预电离阳极(5)、绝缘介质(4)、镇流介质(2)均为平板形状，其宽度比阴极(1)放电面积宽得多，其长度比阴极(1)放电面积长得多。主放电阳极(3)、预电离阳极(5)，由数块薄铜板所构成，每块薄铜板两面镀绝缘介质层，以便馈送更多的高频交流电流，实现大功率激光输出。

Claims

1、一种大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构，其特征是，由阴极(1)、镇流介质(2)、主放电阳极(3)、绝缘介质(4)、预电离阳极(5)所构成，一块镇流介质(2)和阴极(1)在激光放电区的一侧，镇流介质(2)靠近激光放电区，另一块镇流介质(2)、主放电阳极(3)、绝缘介质(4)、预电离阳极(5)在激光放电区的另一侧，另一块镇流介质(2)靠近激光放电区，主放电阳极(3)在另一块镇流介质(2)和绝缘介质(4)之间，绝缘介质(4)在主放电阳极(3)和预电离阳极(5)之间。

2、按照权利要示1所述大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构，其特征是，阴极(1)由放电区向非放电区过渡的四周，按着电场强度梯度较小原则圆滑过渡，即为改进型茹科夫斯基电极，主放电阳极(3)、预电离阳极(5)、绝缘介质(4)、镇流介质(2)为平板状，其几何尺寸要远大于激光电极放电面积。

3、按照权利要求1所述大功率高气压大体积稳定均匀放电的电极结构，其特征是，阴极(1)、主放电阳极(3)、预电离阳极(5)由数块薄铜板所构成，每块薄铜板两面镀绝缘介质层。