CN103915752A - 激光器高效脉冲放电系统 - Google Patents
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Abstract
激光器高效脉冲放电系统，涉及高功率脉冲气体激光器技术领域，解决现有脉冲放电回路中，主放电与预电离之间的延迟时间通过放电回路参数自动匹配的方式，在破坏脉冲放电电路原有的匹配状态的同时无法实现较大时间范围的调整，不能进行高重复频率放电的问题，包括两路延时可调信号分配器、两个触发装置、预电离充放电回路和主放电充放电回路；预电离充放电回路由第一充电电源、第一脉冲开关、预电离储能电容、充放电电感以及与充放电电感两端连接的火花针构成；主放电充放电回路由第二充电电源、第二脉冲开关、主放电储能电容、充放电电感以及与充放电电感两端连接的电极对构成；本发明所述系统实现高重复频率放电运行，获得高平均功率激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及高功率脉冲气体激光器技术领域，具体涉及高功率高重复频率横向激励脉冲气体激光器的脉冲放电系统。
背景技术
高功率横向激励脉冲气体激光器采用辉光放电激励、脉冲重复频率工作制式，由于工作气压高，注入放电能量大，为实现均匀脉冲辉光放电，必须采用预电离技术。预电离的作用是在主电极对（阴极与阳极）发生放电之前，使放电区产生具有较高浓度且分布均匀的初始自由电子，较大降低放电区的击穿电压阈值，使主电极对在较低电压下发生均匀辉光放电。预电离通常采用火花针放电紫外预电离方法。
目前横向激励脉冲气体激光器的脉冲放电系统由一个充电电源、一个储能装置（包括主放电储能电容与预电离储能电容）、一个放电装置（包括主电极对与预电离火花针等）、一个脉冲开关、一个触发装置和一个脉冲信号源组成。其脉冲放电回路的工作原理是：脉冲开关为常开状态，当充电电源给储能装置里的各电容充满电时，脉冲信号源给触发装置发出指令，触发装置对脉冲开关发出一个触发脉冲使其导通，此时主放电储能电容、预电离储能电容通过导通的脉冲开关和放电装置里的充放电电感形成各自的闭合回路。预电离储能电容会使放电装置里的火花针先发生火花放电，产生的紫外光对主放电区激光工作气体进行电离，当主放电区达到可击穿程度时，主电极对发生辉光放电，激励激光工作气体产生激光输出。每个脉冲放电产生的激光能量与放电注入能量（主放电与火花针放电之和）之比称之为电光转换效率，目前高功率脉冲气体激光器的电光转换效率一般为10%左右。
激光器脉冲放电系统不仅要使主放电达到均匀辉光放电，还要力争获得更高的电光转换效率，使在同等放电注入能量下激光输出能量更大，这是获得高平均功率脉冲激光的重要研究方向之一。从目前的脉冲放电回路原理可知，主放电与预电离之间的延迟时间是放电回路参数自动匹配的结果。前人研究得到如下结果：在单脉冲放电试验中，通过对脉冲放电回路电路参数（电容量、电感量）的调整，可得到不同的主放电与预电离放电的延迟时间，获得不同的电光转换效率，其数值在6%到16%之间变化，可见该延迟时间对产生激光能量的影响很大。但是这种只为得到不同延迟时间的电路参数调整，不仅无法实现较大时间范围的调整，同时还破坏了脉冲放电电路原有的匹配状态，在单脉冲试验中得到很高电光转换效率的电路参数，不能进行高重复频率放电运行，从而无法获得更高的激光平均功率。
发明内容
本发明为了解决在现有脉冲放电回路中，主放电与预电离之间的延迟时间之间通过放电回路参数自动匹配的方式，该方式破坏了脉冲放电电路原有的匹配状态，且无法实现较大时间范围的调整，不能进行高重复频率放电的问题，提供一种激光器高效脉冲放电系统。
激光器高效脉冲放电系统，包括两路延时可调信号分配器、两个触发装置、预电离充放电回路和主放电充放电回路；所述预电离充放电回路由第一充电电源、第一脉冲开关、预电离储能电容C1、充放电电感L1以及与所述充放电电感L1两端连接的两排火花针构成；所述主放电充放电回路由第二充电电源、第二脉冲开关、主放电储能电容C2、充放电电感L2以及与所述充放电电感L2两端连接的电极对构成；当所述第一充电电源和第二充电电源分别对预电离储能电容C1和主放电储能电容C2充满电时，所述两路延时可调信号分配器向第一触发装置发出指令，所述第一触发装置控制第一脉冲开关导通，所述第一脉冲开关控制预电离充放电回路的闭合，使预电离充放电回路中的火花针放电，在所述两路延时可调信号分配器向第一触发装置发出指令经过一定延迟时间后，两路延时可调信号分配器向第二触发装置发出指令，第二触发装置控制第二脉冲开关导通，第二脉冲开关控制主放电充放电回路闭合，使主放电充放电回路中的电极对放电；激励激光工作气体产生激光输出。
本发明的工作原理：两个脉冲开关为常开状态，当两个充电电源分别通过放电装置里的两个充放电电感对储能装置里的预电离储能电容、主放电储能电容充满电时，两路延时可调信号分配器向控制预电离放电回路中的触发装置发出指令，该触发装置对该回路中的脉冲开关发出一个触发脉冲使其导通，此时预电离储能电容通过该导通的脉冲开关和放电装置里预电离回路中的充放电电感形成闭合回路，使连接在该充放电电感两端的火花针产生电压差，发生火花放电，产生的紫外光对放电装置里主电极对之间主放电区的激光工作气体进行电离，大大降低主放电区的击穿电压阈值。在两路延时可调信号分配器向预电离放电回路中的触发装置发出指令的一定延迟时间后，两路延时可调信号分配器向控制主放电回路中的触发装置发出指令，该触发装置对该回路脉冲开关发出一个触发脉冲使其导通，此时主放电储能电容通过该导通的脉冲开关和放电装置里主放电回路的充放电电感形成闭合回路，使连接在该充放电电感两端的主电极对产生电压差，发生辉光放电，激励激光工作气体产生激光输出。通过两路延时可调信号分配器对两个触发装置发出信号的时序进行调整，在不改变各放电回路参数的条件下对主放电与预电离放电的延迟时间进行调整，在达到高电光转换效率的状态后，仍能够实现高重复频率运行，获得高平均功率激光。
本发明的有益效果：本发明所述的激光器高效脉冲放电系统，可在不改变原有脉冲放电电路参数的条件下，对主放电与预电离放电之间的延迟时间进行连续大范围调整，达到高电光转换效率，实现高重复频率放电运行，获得高平均功率激光输出。
附图说明
图1是本发明激光器高效脉冲放电系统组成框图。
图2是本发明激光器高效脉冲放电系统的脉冲放电电路原理图。
图中：1、第一触发装置，2、第一充电电源，3、第一脉冲开关，4、储能装置，5、第二脉冲开关，6、第二充电电源，7、第二触发装置，8、放电装置，9、两路延时可调信号分配器。
具体实施方式
结合图1和图2说明本实施方式，激光器高效脉冲放电系统，由两路延时可调信号分配器9、第一充电电源2、第二充电电源6、第一触发装置1、第二触发装置7、第一脉冲开关3（SG1）、第二脉冲开关5（SG2）、储能装置4（包括预电离储能电容C1、主放电储能电容C2）、放电装置8（包括预电离放电回路充放电电感L1和两排火花针、主放电回路充放电电感L2和阴极阳极构成的主电极对）组成。
本实施方式所述的激光器高效脉冲放电系统的脉冲放电电路包含两个充放电回路，一路为预电离充放电回路，由第一充电电源2、第一脉冲开关3（SG1）、预电离储能电容C1、充放电电感L1以及与充放电电感L1两端连接的两排火花针构成；另一路为主放电充放电回路，由第二充电电源6、第二脉冲开关5（SG2）、主放电储能电容C2、充放电电感L2以及与充放电电感L2两端连接阴极阳极构成的主电极对构成。激光器工作时，第一充电电源2通过电感L1对电容C1充电，第二充电电源6通过电感L2对电容C1充电，充电完成时，两排火花针之间和阴极阳极之间的电压差都为零。当两路延时可调信号分配器9给第一触发装置1发出指令后，第一触发装置1向第一脉冲开关（SG1）3发出一个触发信号使其导通，预电离充放电回路形成闭合回路，储存在预电离储能电容C1上的电能通过第一脉冲开关（SG1）3与充放电电感L1开始放电，使连接在充放电电感L1两端的两排火花针之间产生电压差，当该电压差达到两排火花针之间间隙的击穿电压后，火花针发生火花放电，产生紫外光对阴极阳极间主放电区的激光工作气体进行电离，降低其击穿电压阈值。在两路延时可调信号分配器9给第一触发装置1发出指令的一定延迟时间后，所述的延时时间可根据具体实验要求设定为0.1微秒到10微秒，所述两路延时可调信号分配器9给第二触发装置7发出指令，第二触发装置7向第二脉冲开关（SG2）5发出一个触发信号使其导通，主放电充放电回路形成闭合回路，储存在主放电储能电容C2上的电能通过第二脉冲开关（SG2）5与充放电电感L2开始放电，使连接在充放电电感L2两端的阴极阳极之间产生电压差，当该电压差达到阴极阳极之间间隙的击穿电压后，阴极阳极发生辉光放电，激励激光工作气体产生激光输出。
本实施方式所述的阴极阳极间的主放电与两排火花针间的预电离放电的延迟时间完全是通过两路延时可调信号分配器9中两路信号的延迟时间来调整控制的，对预电离充放电回路与主放电充放电回路的电路参数没有任何改变，因此仍能实施原有的高重复频率放电运行。当主放电与预电离放电的延时调整到适合的状态，达到高电光转换效率时，实施高重复频率放电运行，即获得高平均功率激光。
Claims (3)
1.激光器高效脉冲放电系统，包括两路延时可调信号分配器（9）、两个触发装置、预电离充放电回路和主放电充放电回路；其特征是，
所述预电离充放电回路由第一充电电源（2）、第一脉冲开关（3）、预电离储能电容C1、充放电电感L1以及与充放电电感L1两端连接的两排火花针构成；
所述主放电充放电回路由第二充电电源（6）、第二脉冲开关（5）、主放电储能电容C2、充放电电感L2以及与所述充放电电感L2两端连接的电极对构成；
当所述第一充电电源（2）和第二充电电源（6）分别对预电离储能电容C1和主放电储能电容C2充满电时，所述两路延时可调信号分配器（9）向第一触发装置（1）发出指令，所述第一触发装置（1）控制第一脉冲开关（3）导通，第一脉冲开关（3）控制预电离充放电回路的闭合，使预电离充放电回路中的火花针放电，在所述两路延时可调信号分配器（9）向第一触发装置（1）发出指令经过一定延迟时间后，两路延时可调信号分配器（9）向第二触发装置（7）发出指令，第二触发装置（7）控制第二脉冲开关（5）导通，第二脉冲开关（5）控制主放电充放电回路闭合，使主放电充放电回路中的电极对放电；激励激光工作气体产生激光输出。
2.根据权利要求1所述的激光器高效脉冲放电系统，其特征在于，所述预电离储能电容C1和主放电储能电容C2组成储能装置（4）。
3.根据权利要求1所述的激光器高效脉冲放电系统，其特征在于，所述充放电电感L1以及与充放电电感L1两端连接的火花针、充放电电感L2以及与充放电电感L2两端连接的电极对组成放电装置（8）。
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|---|---|
| CN (1) | CN103915752A (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105006731A (zh) * | 2015-07-29 | 2015-10-28 | 江苏大学 | 一种大功率氙灯脉冲预电离供电电源系统 |
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2014
- 2014-03-26 CN CN201410116760.9A patent/CN103915752A/zh active Pending
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