CN107026384B - 一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体激光脉冲能源设备领域，具体涉及一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置。包括氙灯和氙灯供电装置，所述氙灯供电装置包括主放电装置、预电离装置、负载接口装置；主放电装置与预电离装置并联连接，主放电装置与负载接口装置串联连接，主放电装置能够为负载接口供电，预电离装置与负载接口装置串联连接，预电离装置能够为负载接口供电；负载接口装置包括调波电感Ltx和电缆8，电缆8一端连接调波电感Ltx，电缆另一端连接氙灯。

Description

一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置
技术领域
本发明属于固体激光脉冲能源设备领域，具体涉及一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置。
背景技术
高功率固体激光装置通过激光脉冲信号整形、放大等技术，将信号激光放大为能量高达数千焦的高能激光。激光能量放大由专门的激光放大器完成，脉冲能源系统作为激光放大器的关键支撑单元之一，为其提供匹配的电脉冲泵浦能量，脉冲的形状、幅度和同步是影响整个激光装置放大器效率和增益的关键因素。高功率固体激光装置的建造目的是实现激光聚变或者用于高能、等离子体物理实验研究，提高全系统的可靠性、稳定性及电磁兼容性是装置建设重点追求的性能指标，而这些指标可以通过改进脉冲能源装置得到提高。
氙灯能源装置是常见的为高功率固体激光泵浦脉冲能源的装置，现有技术中，为固体激光提供泵浦能量的氙灯能源装置一般采用引燃管开关或真空火花隙开关，这种开关存在可靠性低、寿命短、电磁洁净度不高等缺陷。随着单晶生产及掺杂技术的不断发展完善，脉冲晶闸管器件的性能大大提高，单体工作电压达到6kV、脉冲电流峰值达到几百kA，这些技术优势为脉冲晶闸管在高压、大电流脉冲能源领域中应用创造了条件。另一方面，现有氙灯能源装置未设置预电离装置，氙灯未经预电离而直接接受主放电装置的脉冲能量，易造成氙灯损坏，且导致氙灯电光转换效率地，并造成并联多路的氙灯放电不一致。
因此，为了克服现有技术中的上述技术问题，本发明提出一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置。
发明内容
为实现上述发明的目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置，包括氙灯5和氙灯供电装置，所述氙灯供电装置包括主放电装置、预电离装置、负载接口装置；主放电装置与预电离装置并联连接，主放电装置与负载接口装置串联连接，主放电装置能够为负载接口供电，预电离装置与负载接口装置串联连接，预电离装置能够为负载接口供电；主放电装置包括主充电机6、阻尼电感LX、储能电容CX和主放电开关1，阻尼电感LX和储能电容CX串联连接，主充电机6连接阻尼电感LX和储能电容CX，主充电机6能够为储能电容CX充电，所述主放电开关1由相互串联连接的脉冲晶闸管构成；预电离装置包括预充电机7、预电离电感L0、预电离储能电容C0和预电离开关2，预电离电感L0和预电离储能电容C0串联连接，预充电机7连接预电离电感L0和预电离储能电容C0，预充电机7能够为预电离储能电容C0充电，所述预电离开关2由相互串联连接的脉冲晶闸管构成；负载接口装置包括调波电感Ltx和电缆8，电缆8一端连接调波电感Ltx，电缆另一端连接氙灯5。
本发明进一步的技术方案在于：所述主放电装置设置有泻能装置，所述泻能装置包括主泻能电阻Rm和主泻能开关Km，主泻能电阻Rm和主泻能开关Km串联连接；所述预电离装置设置有预电离泻能装置，所述预电离泻能装置包括预泻能电阻RP和预泻能开关KP，预泻能电阻RP和预泻能开关KP串联连接。
本发明进一步的技术方案在于：所述主放电开关由2-10组相互串联连接的脉冲晶闸管构成，每组脉冲晶闸管的数量为10-20个，各组相互串联连接的脉冲晶闸管并联连接；预电离装置由2-10组相互串联而成的脉冲晶闸管构成，每组脉冲晶闸管的数量为10-20个，各组相互串联连接的脉冲晶闸管并联连接。
本发明进一步的技术方案在于：所述主放电开关设置有主放电开关触发器3；所述预电离开关设置有预电离开关触发器4。
本发明进一步的技术方案在于：所述主放电装置包括24个阻尼电感LX和24个储能电容CX组成的24条并联线路，各条并联线路由1个阻尼电感LX和1个储能电容CX构成；所述负载接口装置的数量为12个，每个负载接口装置连接两只串联连接的氙灯5。
本发明采用较短脉宽的泵浦氙灯电流，提高了氙灯能源装置储能的利用率；采用脉冲晶闸管串联为放电开关，实现了能源系统高可靠性、长寿命、电磁洁净的良好效果；采用多组脉冲晶闸管串联开关并联运行为主放电开关，提供了较大幅度的峰值电流冗余度；设置预电离装置为氙灯提供预电离能量，降低了氙灯的损坏率，提高了氙灯放电的一致性；本发明可获得稳定可靠、经济实用的氙灯泵浦脉冲电源，为研制高能大功率固体激光装置放大器能源提供了新的为固体激光提供泵浦能量的氙灯能源装置。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
实施例1：
一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置，包括氙灯5和氙灯供电装置，氙灯供电装置包括主放电装置、预电离装置、负载接口装置；主放电装置与预电离装置并联连接后通过接地电阻（Rg）接地，主放电装置与负载接口装置串联连接，主放电装置能够为负载接口供电，预电离装置与负载接口装置串联连接，预电离装置能够为负载接口供电；主放电装置设置有主充电机6、阻尼电感LX、储能电容CX、主泻能装置、主放电开关1、能够使主放电开关1启动或闭合的主放电开关触发器3，阻尼电感LX和储能电容CX串联连接，可根据需要，设置由多个阻尼电感LX和多个储能电容CX组成的多条并联线路，每条并联线路由1个阻尼电感LX和1个储能电容CX构成；主充电机6连接阻尼电感LX和储能电容CX，主充电机6能够为储能电容CX充电；主泻能装置包括主泻能电阻Rm和主泻能开关Km，主泻能电阻Rm和主泻能开关Km串联连接，主泻能装置能够将向氙灯5放电后的储能电容CX的剩余电能导出；主放电开关1由2-10组相互串联连接的脉冲晶闸管构成，可根据需要添加或减少组数，各组脉冲晶闸管的数量为10-20个，可根据需要添加或减少每组脉冲晶闸管的个数，各组相互串联连接的脉冲晶闸管并联连接；预电离装置包括预充电机7、预电离电感L0、预电离储能电容C0、预电离泻能装置、预电离开关2、能够使预电离开关2启动或闭合的预电离开关触发器4，预电离电感L0和预电离储能电容C0串联连接，预充电机连接预电离电感L0和预电离储能电容C0，预充电机7能够为预电离储能电容C0充电；预电离泻能装置包括预泻能电阻RP和预泻能开关KP，预泻能电阻RP和预泻能开关KP串联连接，预电离泻能装置能够将储能预电离储能电容C0的电能导出；预电离开关2由2-10组相互串联而成的脉冲晶闸管构成，可根据需要添加或减少组数，每组脉冲晶闸管的数量为2-10个，可根据需要添加或减少每组脉冲晶闸管的个数，各组相互串联连接的脉冲晶闸管并联连接，也可以只设置一组相互串联而成的脉冲晶闸管构成预电离开关2，可根据需要添加或减少串联的脉冲晶闸管的个数；负载接口装置包括调波电感Ltx和电缆8，电缆8一端连接调波电感Ltx，电缆8另一端连接氙灯5。负载接口装置的数量为12个，可根据需要添加或减少负载接口装置的个数，每个负载接口装置连接两只串联连接的氙灯，可根据需要添加或减少氙灯的个数。
在本实施例中，储能电容CX总容量为1680μF，由24台70μF金属化膜脉冲电容器并联组成，每台电容器对应的阻尼电感LX参数为45μH、30 mΩ。预电离储能电容C0为80μF金属化膜脉冲电容器，预电离电感L0参数为5.0μH、50mΩ。两组5吋SCR脉冲晶闸管（型号：MKPD200-065，株洲中车时代电气出品）并联为主放电开关1，每组包含10-20个相互串接的脉冲晶闸管，10个3吋SCR（型号：MKPX 050-065，株洲中车时代电气出品）作预电离开关2。主放电开关1和预电离开关2共用的接地电阻Rg为150kΩ金属膜高压电阻，主放电装置和预电离装置延时为250μs。12只调波电感Ltx并联，单个调波电感Ltx参数均为15μH、1.5mΩ。12路高压电缆分别连接在12只调波电感Ltx后，每路传输电缆长度均为50m，损耗电阻均为30mΩ。12路并联氙灯负载分别连接在12路高压电缆后，每路氙灯负载均由2只氙灯串联组成，单只氙灯参数均为：内径31mm、电极间距1850 mm、充氙气压强160 Torr。该能源系统实例运行时，预电离储能电容C0充电为25 kV恒定，预电离单路电流峰值3.5kA，脉宽97μs。储能电容CX充电电压最高31.5kV（向下可调）。储能电容CX电压为31.5kV时，主放电电流脉宽340μs，单路电流峰值20kA。
本实施例的工作步骤：先将开关Km、Kp、预电离开关2、主放电开关1断开，然后启动主、预充电机向主、预电容器充电，当主、预电容器充电电压达到设定值，闭合预电离开关触发器4，使预电离开关2闭合输出脉冲，使负载接口的氙灯5预放电，氙灯5预放电后，闭合主放电开关触发器3，使主放电开关1闭合输出脉冲，能量经调波电感Ltx、电缆8传输至大功率脉冲氙灯进行高效电光能量转化，转化结束后，断开预电离开关2、主放电开关1，将泄能开关Km、Kp闭合，启动主泄能装置和预电离泄能装置泄能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这样改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置，包括氙灯（5）和氙灯供电装置，其特征在于：所述氙灯供电装置包括主放电装置、预电离装置、负载接口装置；主放电装置与预电离装置并联连接，主放电装置与负载接口装置串联连接，主放电装置能够为负载接口供电，预电离装置与负载接口装置串联连接，预电离装置能够为负载接口供电，主放电装置包括主充电机（6）、阻尼电感（LX）、储能电容（CX）和主放电开关（1）、泻能装置，阻尼电感（LX）和储能电容（CX）串联连接，主充电机（6）连接阻尼电感（LX）和储能电容（CX），主充电机（6）能够为储能电容（CX）充电，所述主放电开关（1）由相互串联连接的脉冲晶闸管构成；预电离装置包括预充电机（7）、预电离电感（L0）、预电离储能电容（C0）和预电离开关（2），预电离电感（L0）和预电离储能电容（C0）串联连接，预充电机（7）连接预电离电感（L0）和预电离储能电容（C0），预充电机（7）能够为预电离储能电容（C0）充电，所述预电离开关（2）由相互串联连接的脉冲晶闸管构成，负载接口装置包括调波电感（Ltx）和电缆（8），电缆（8）一端连接调波电感（Ltx），电缆另一端连接氙灯（5），所述泻能装置包括主泻能电阻（Rm）和主泻能开关（Km），主泻能电阻（Rm）和主泻能开关（Km）串联连接；所述预电离装置设置有预电离泻能装置，所述预电离泻能装置包括预泻能电阻（RP）和预泻能开关（KP），预泻能电阻（RP）和预泻能开关（KP）串联连接，所述主放电开关（1）设置有主放电开关触发器（3）；所述预电离开关（2）设置有预电离开关触发器（4）。
2.如权利要求1所述的一种为固体激光放大器泵浦能量的氙灯装置，其特征在于：所述主放电装置包括24个阻尼电感（LX）和24个储能电容（CX）组成的24条并联线路，各条并联线路由1个阻尼电感（LX）和1个储能电容（CX）构成；所述负载接口装置的数量为12个，每个负载接口装置连接两只串联连接的氙灯（5）。
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