CN102480100B - 一种用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电电路包括高压储能电容、放电回路储能电容、峰化电容、预电离电容以及限位电阻，均并联于高压直流电源上，高压储能电容与放电回路储能电容之间设有旋转火花充电开关，放电回路储能电容与峰化电容之间设有旋转火花放电开关，限位电阻通过低电感火花隙开关接有电极阳极，电极阴极接地；还具有预电离针，设于阴极表面，通过预电离电容接于峰化电容的输出端。本发明所搭建的放电电路，能够实现脉输出电压的波前时间为20纳秒左右，还能够实现一定气体组分情况下的电极间稳定的辉光放电。

Description

一种用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电装置

技术领域

本发明涉及一种脉冲放电装置，具体地说是用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电装置。

背景技术

氧碘化学激光器是目前波长最短的化学激光器，具有高能量、高效率、优良的光束质量和低损耗的光纤传输效率等特点。但随着人们对激光与物质相互作用研究的深入，高能量脉冲激光越来越受到国际上同行业的重视。在切割、靶材破坏、石油钻孔等方面的研究证实，采用合适的脉冲频率和激光能量，可以避免高能量连续波激光在物质表面引起的等离子体效应和非线性效应，穿透深度更深速度更快。连续波的高功率激光在大气传输中会产生热晕效应，激光功率越高，这种效应也就越强。热晕效应导致的结果就是激光在大气中的传输损耗增大。

如果采用参数适合（单脉冲能量、占空比等）的脉冲激光，将在很大程度上避免这种热晕效应。另外，要使单一波长的氧碘化学激光的波长具有可变性，利用受激拉曼散射效应是比较有效的方法和途径，而只有高能量的脉冲激光才能进行高效的拉曼频移,一般所需要的激光功率要在几个MW/cm2以上，此时的频移效率高达70％以上。结合工业和军事上对脉冲激光的潜在需求，脉冲模式的氧碘化学激光器即具有了连续波氧碘激光器的传统优势，又赋予了其在更多领域更多方面的应用前景, 成为当前国际上高能量脉冲激光研制的一个重要方向。

美国、俄罗斯和日本等国家都进行了脉冲化氧碘激光器的研究。采用的方法机械调Q（光腔的品质因子）、磁调Q、增益调制（Gain－Switched）、光引发或电引发脉冲产生碘原子实现氧碘激光脉冲化。美国采用调Q或者是增益调制地问题在于残余的磁场降低了激光器的提取效率，同时也存在脉冲和连续功率比值做不高的问题，大约为15左右。俄罗斯在光引发产生碘原子进而实现COIL脉冲化方面做了大量地工作理论估计光引发脉冲氧碘激光的脉冲和连续功率比值可以做得很高，接近760的极限值，但是由于穿透等问题，放大比较困难；而且总的电效率很低，约0.16%。

发明内容

针对现有技术中存在的激光穿透力差、放大困难、总的电效率低等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种既可以保证输出电压的上升前沿为纳秒级，又能保证脉冲氧碘化学激光器的均匀的用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电电路包括高压储能电容、放电回路储能电容、峰化电容、预电离电容以及限位电阻，均并联于高压直流电源上，高压储能电容与放电回路储能电容之间设有旋转火花充电开关，放电回路储能电容与峰化电容之间设有旋转火花放电开关，限位电阻通过低电感火花隙开关接有电极阳极，电极阴极接地；还具有预电离针，设于阴极表面，通过预电离电容接于峰化电容的输出端。

所述放电回路储能电容、峰化电容以及预电离电容采用耐高压陶瓷介质电容器。

所述旋转火花充电开关、旋转火花放电开关通过直流电源内的电机控制。

本发明具有以下有益效果及优点:

1．本发明所搭建的放电电路，能够实现脉输出电压的波前时间为20纳秒左右。

2．本发明在所搭建的放电电路，还能够实现一定气体组分情况下的电极间稳定的辉光放电。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图2为放电输出电压曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电电路包括高压储能电容C0、放电回路储能电容C1、峰化电容C2、预电离电容C3、电阻R1，均并联于高压直流电源上，高压储能电容C0与放电回路储能电容C1之间设有旋转火花充电开关S1，放电回路储能电容C1与峰化电容C2之间设有旋转火花放电开关S2，限位电阻R1通过低电感火花隙开关S3接有电极阳极1，电极阴极2接地。

高压储能电容C0，与高压直流电源相连，用于收集电荷，并将存储的能量通过旋转火花充电开关S1，对放电回路储能电容C1进行充电；旋转火花充电开关S1，一端接高压储能电容，另一端接放电回路储能电容C1；低电感火花隙开关S3，输入端接峰化电容C2，峰化电容C2的输出端分别与限位电阻R1和电极阳极1相连，用于实现的上升前沿纳秒级的脉冲电压输出，其电压输出曲线如图2所示；限位电阻R1 , 目的使电极阳极的初始电压为零，保证低电感火花隙开关S3的正常工作；电极阳极1和电极阴极2, 用于实现电极间的气体放电；预电离电容C3, 一端接峰化电容C3，另一端接预电离针（3）；放电回路储能电容C1，当旋转火花放电开关S2接通时，用于对峰化电容C2进行放电；高压储能电容C0、放电回路储能电容C1、峰化电容C2以及限位电阻R1分别有一端和阴极相连，并且共接地；旋转火花充电开关S1、旋转火花放电开S2由直流电源内的电机统一控制，实现放电重复频率的控制；低电感火花隙开关S3，工作于自击穿状态；预电离针3置于阴极表面，目的是提前产生紫外线辐照电极间的气体，使之产生预电离；放电回路储能电容C1、峰化电容C2和预电离电容C3采用耐高压陶瓷电容。电极阳极1和电极阴极2相对平行，放在低压放电腔内。

快的放电电压输出的前沿是避免流光和弧光放电通道的建立，保持均匀辉光放电的重要条件。因此需要搭建一种输出电压的上升前沿为纳秒级的脉冲放电电路，使之能保证脉冲氧碘化学激光器的均匀的气体辉光放电。采用本发明能够实现脉输出电压的波前时间为20纳秒（此时高压储能电容C0为200nf , 放电回路储能电容C1为39.2nf , 峰化电容  C2为5.6nf , 预电离电容C3为50Pf*20）左右，又能够实现一定气体组分情况下的电极间稳定的辉光放电。

本实施例中，使用的气体为CH₃I（碘甲烷）、He和单重态氧发生器产生的气体，采取的放电方式为纵向脉冲放电，电脉冲能量为1.62J-4.5J，实现气体压力10Torr（压力单位托）、放电重复频率20Hz下，单脉冲能量130mJ、脉宽10us的激光输出。均匀的辉光放电是实现脉冲氧碘化学激光器出光的一个前提条件。

Claims (3)

1.一种用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电电路，其特征在于：包括高压储能电容（C0)、放电回路储能电容（C1）、峰化电容（C2）、预电离电容（C3）以及限位电阻（R1），均并联于高压直流电源上，高压储能电容（C0）与放电回路储能电容（C1）之间设有旋转火花充电开关（S1），放电回路储能电容（C1）与峰化电容（C2）之间设有旋转火花放电开关（S2），限位电阻（R1）通过低电感火花隙开关（S3）接有电极阳极（1），电极阴极（2）接地；还具有预电离针（3），设于阴极表面，通过预电离电容（C3）接于峰化电容（C2）的输出端； 

所述高压储能电容（C0）为200nf,放电回路储能电容（C1）为39.2nf,峰化电容（C2）为5.6nf,预电离电容（C3）为50Pf*20。 

2.根据权利要求1所述的用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电电路，其特征在于：所述放电回路储能电容（C1）、峰化电容（C2）以及预电离电容（C3）采用耐高压陶瓷介质电容器。 

3.根据权利要求1所述的用于脉冲氧碘化学激光器的脉冲放电电路，其特征在于：所述旋转火花充电开关（S1）、旋转火花放电开关（S2）通过直流电源内的电机控制。 

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