CN1031024C - 脉冲预电离激光放电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种脉冲预电离激光放电装置。主要适用于气体激光器。由含有分裂阳极和多管阴极的电极系统和含有脉冲预电离回路和直流主放电回路的放电电路所构成。具有相对结构简单，既可以节省注入功率，同时又可以获得大体积的均匀放电的优点。
Description
本发明是一种脉冲预电离激光放电装置，适用于气体激光器。
已有技术，专利EP0446072A2，JP62-24943和JP63-110780都是具备一组主放电电极和一组或几组预放电电极系统。用预放电电极和火花放电产生紫外光对主放电区进行预电离化。这种要具备主放电电极和预放电电极两个电极系统的结构复杂，而且紫外光电离产生的电子密度弱。俄罗斯人在CLEO′90会议上发表了两种设计方案。一种设计方案是一组针—板电极系统，用重复频率脉冲高压和直流电压同时通过这对针—板电极。分别作为脉冲预电离和主放电。这种方案的缺点是针—板电极结构复杂，调试困难。他的另一种设计方案是预电离电极为板状，主放电电极为针与管状，脉冲高压与直流电压通过不同的电极，作用于放电区。两块位于预电离电极处的电介质板将脉冲电极与直流电极隔离开，使脉冲电极不影响直流放电。脉冲电压通过电介质板耦合作用于放电区实现脉冲预电离。这种放电装置的缺点是要求电介质板耐高温，抗电弧烧蚀，所以它的制造工艺较难，难以获得。
本发明的目的为克服上述几种放电装置的缺点，以相对简单的电极结构，对元件耐压要求低的电路实现脉冲预电离放电，从而获得大体积的均匀激光放电装置。
本发明的激光放电装置是由一组电极系统和相应的放电电路所构成。
电极系统含有分列阳极7与多管阴极2。分列阳极7由多块平行安放的铜条组成的阳极板垂直于气流方向而构成，相邻铜条之间留有间隙，此间隙通常为5～10mm。多管阴极2由多根外径约为Φ6～Φ12的称为阴极管的金属管平行排列而构成。当工作气压＜50乇时，阴极管的数目N＞2。当工作气压＞50乇时，N＞3。由于位于多管阴极排列两端的阴极管电流密度较大，容易发生弧光放电，所以多管阴极排列两端的阴极管与阳极的距离较中心位置的阴阳极之间距离略大，以减少其放电电流。另外由于气流的影响，气流下游附近的放电电流密度大于上游的电流密度，增大下游附近阴极管与分列阳极的距离可以减小电流密度，从而减小气流的这一不良影响。为了减小位于多管阴极排列两端的阴极管电流密度以及减小气流下游附近的电流密度还可以使用电感网络9来实现。电容CP与电感网络9的接点A点与多管阴极2中每根阴极管之间的等效电感的数值选择为0～100μH。其中最好是与位于多管阴极排列两端的阴极管以及气流下游阴极管相连的等效电感值大，中间部分可直接取电感值为零。采用调整电感的方法时，电感不全为零。也可将调阴阳极间距和调电感两种方法同时使用。电极系统中还有导流壁3、阳极绝缘基板4、电绝缘层5和水冷金属管6，如图1所示。
放电电路包括脉冲预电离回路和直流放电回路。脉冲预电离回路，是脉冲电源1的一端通过隔直电容CP和电感网络9接于多管阴极2，另一端通过耦合电容CK直接接于分列阳极7。或者通过由水冷金属管6、分列阳极7和电绝缘层5和耦合电容CK构成的等效电容后接于分列阳极上。当脉冲电源1给于重复频率的脉冲高压后，阴阳极之间产生足够多的电压。由直流电源8的一端通过镇流电阻RK，滤波电感LK接于分列阳极7上，直流电源8的另一端通过扼流电感LD和电感网络9接于多管阴极2上，则组成了直流主放电回路。
本发明的优点是，电极结构较已有技术中所述的结构更简单，因不需要整块的电介质板所以工艺要求低。本发明不仅获得了大体积、均匀的非自持放电而且减少了在镇流电阻上消耗的电功率(仅消耗原自持放电时在镇流电阻上消耗功率的十四分之一)，还可以选择阴一阳之间的适当直流电压值，而用调节脉冲注入功率的大小来调节直流注入功率的大小。
附图说明：图1为脉冲预电离激光放电装置示意图。图中1为气流方向，ν为气流速度，RK为镇流电阻，CK为耦合电容，LK为滤波电感，CP为隔直电容，LD为扼流电感，L1～L4，LP1～LP5构成电感网络9。
实施例：如图1所示的结构和电路用于横流CO2激光器中。图1中分列阳极7由73块长度H＝60mm，宽为15mm的铜条，间隙为5mm平行地排成一列，多管阴极2由5根外径为Φ6的铜管顺着气流方向排列，阴阳极之间距离h1、h2、h3、h4、h5最大距离差Δhmax＜H/5。为了调整放电区的电流分布，我们还同时使用了电感网络9来减小电流密度的不均匀性。选取L1、L2、LP3为零，LP1、LP2、LP4、LP5为∞，即开路。脉冲峰值电压7KV～20KV，脉冲宽度＜0.2μs。本发明的放电装置在横流CO2激光器中获得了大体积放电均匀，光电转换效率比自持放电高的结果。
Claims (4)
1.一种脉冲预电离激光放电装置，含有电极系统和放电电路，其特征在于电极系统含有由多块铜条垂直于气流方向平行排列，相邻铜条之间有间隙的分列阳极(7)和由多根金属管顺着气流方向平行排列的多管阴极(2)，其相应的放电电路包含脉冲预电离回路和直流主放电回路。
2.依据权利要求1所述的一种脉冲预电离激光放电装置，其特征在于脉冲预电离回路是脉冲电源(1)的一端通过隔直电容CP和电感网络(9)接于多管阴极(2)，脉冲电源(1)的另一端通过耦合电容CK直接接于分列阳极(7)；或者脉冲电源(1)的另一端通过耦合电容CK和由水冷金属管(6)，分列阳极(7)和电绝缘层(5)所构成的等效电容后再接于分列阳极(7)上。
3.依据权利要求1所述的一种脉冲预电离激光放电装置，其特征在于分列阳极(7)与多管阴极(2)之间的极间距离在中心位置上的间距小于两端位置上的间距。
4.依据权利要求1所述的一种脉冲预电离激光放电装置，其特征在于直流主放电回路是由直流电源(8)的一端通过镇流电阻RK、滤波电感LK接于分列阳极(7)上，直流电源(8)的另一端通过扼流电感LD和电感网络(9)接于多管阴极(2)上。
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