CN1140349A - 横流气体激光器双脉冲予电离放电装置 - Google Patents
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Abstract
一种横流气体激光器双脉冲予电离放电装置，包括直流主放电电极和脉冲予放电电极的电极系统以及直流主放电回路和两个脉冲予电离放电回路的放电回路，直流主放电电极由分列阳极和阴极管构成，脉冲予放电电极中含有正负两辅助电极。它具有较高的注入功率和Pd值，放电稳定，寿命长。
Description
本发明是一种双脉冲予电离放电装置，适用于横流气体激光器。
已有技术：
1.专利ZL91107536.4《横流气体激光器放电系统》，如图1所示。该放电系统含有两块阳极板1，一阴极管4置于两阳极板1之间，在阳极管4与阳极板1之间有分列两排针状辅助电极3。每排中每根辅助电极3通过分电容Ci接入脉冲电源5的负极，其正极经过电容C1分为两路，一路经过总电阻R和分电阻Ri与嵌在阳极板1上的阳极条2连接，形成针状辅助电极3和阳极条2之间的脉冲放电回路。另一路再通过一个电容C2接地，形成针状辅助电极3与阴极管4之间的脉冲放电回路。图1中6是直流电源，L是滤波电感，箭头υ所示为气体流动方向。上述脉冲放电回路使得激光器的注入功率、工作气压得到了一定的提高，因为增加了放电体积，使得放电的注入功率得到了成倍增长。但在它的大体积放电空间，由于阴极管置于放电空间的中间，中间出现放电暗区，使得整个激光器的增益分布及折射率分布很不均匀，若采用一般的激光器光腔，激光器输出的激光光束质量不好。若弥补上述的缺陷，必须设计特殊结构的激光腔，这又带来许多困难。实验又发现上述的脉冲予电离放电系统在进一步增加阴阳极之间的间距时，再要提高放电的注入功率是很困难的。
2.专利ZL93112355.0，《脉冲予电离激光放电装置》，如图2所示。该放电装置含有分列阳极10和多管阴极9构成的电极系统和放电回路。脉冲电源5的负极经过隔直电容CP和电感网络7接于多管阴极9，其正极通过耦合电容CK直接接于分列阳极10上的每块阳极条2，直流电源6的正极通过镇流电阻RK，滤波电感LK接于分列阳极的阳极条2，其负极通过扼流电感LD和电感网络7接于多管阴极9上，这样就使得直流放电和脉冲放电共同作用于分列阳极10上的阳极条2和多管阴极9上。图2中8是导流玻璃板，箭头υ所示为气体流动方向，电感网络7由Lp1、由Lp2、Lp3、Lp4、Lp5和L1、L2、L3、L4组成，该网络是用以调节每根阴极管9对阳极条2之间的脉冲放电强弱的。该放电装置结构较简单，可以获得大体积的均匀放电。但实验发现该放电装置当放电注入功率较高时，放电几分钟就会起弧，当注入功率较低时，连续放电时间也只有两个小时，所以这种放电装置的寿命较短。
本发明的目的为了克服上述两种放电装置的缺点，提供一种新型的双脉冲予电离放电装置，它既能够加大阴阳极之间的间距，提高激光器内气体工作的气压，提高主放电的注入功率，而且放电均匀，寿命长。
本发明的横流气体激光器双脉冲予电离放电装置包括电极系统和放电回路，其电极系统有直流主放电极和脉冲予放电电极。其中直流主放电电极由一嵌有平行排列的阳极条2的分列阳极10和一阴极管4构成；脉冲予放电电极包含置于主放电区14的顶端，气流υ的上游，分列阳极10和阴极管4之间，而靠近阴极管4有付辅助电极11，置于分列阳极10和付辅助电极11之间有正辅助电极12。由导流板8和分列阳极10的平直段构成气流υ通道，气流υ由横向经过此通道，此通道的中心，即阴极管4和分列阳极10之间为主放电区14。如图3所示。
上面所说的正付辅助电极12、11是一排针状的电极或者是管状的电极，或者是棒状的电极。其电极的材料是铜的，或者是其他金属的。阴极管4是水冷的铜管。
放电回路含有一直流主放电回路和两个脉冲予电离放电回路。其中直流主放电回路是直流电源6的正极经滤波电感L，总限流电阻R分别接分镇流电阻Ri到各条独立的阳极条2。阴极管4和直流电源6的负极都接地，则形成直流主放电回路。直流辉光放电的区域如图3中点划线所示的主放电区14。该放电装置的特征是含有两个脉冲予电离放电回路。回路一由脉冲电源5的正极经耦合电容C1后接镇流电阻Ri到各分列的阳极条2，脉冲电源5的负极经耦合电容C3接正辅助电极12，该回路在阳极条2和正辅助电极12之间形成脉冲放电；回路二由脉冲电源5的负极经耦合电容C3接各分电容Ci后接到付辅助电极11，由于脉冲电源5的正极和阴极管4共同接于地，则在阴极管4和付辅助电极11之间形成了一个脉冲放电区。上述两个脉冲放电区如图3中的虚线所示。形成激光器的光腔的两块反射镜13置于放电通道的两端。
各电极之间的尺寸关系是：阴极管4沿而到分列阳极10垂直于流场方向的横向距离为D，一般在D≥40mm时更能发挥此放电系统优越性。阴极管4的直径为d1，d1的取值范围在Φ6mm到Φ12mm之间。正辅助电极12的直径为d2，要求d2≤4mm，付辅助电极11到阴极管4沿而，正辅助电极12沿而到分列阳极10垂直于气流υ方向的横向距离分别为l1、l2，一般要求l1≤D/3，l2≥D/3。正辅助电极12向着主放电区14的端而到阳极条2的端而垂直距离S2，付辅助电极11的顶端向着主放电区14的端面到阳极条2的端面垂直距离为S1，S1和S2的取值范围通常为0～5mm之间。
本发明的优点：由于在分列阳极10和阴极管4之间放置了正、付两组辅助电极，放电回路中含有两个脉冲予电离放电回路，与已有技术比从结构上加强了阳极条2附近的脉冲予电离放电。实验证明本发明放电装置能够进一步提高直流主放电的Pd值(P为工作气压，d为阴阳极间距)和主放电的注入功率，且能长时间的稳定放电。与已有技术1相比，本发明放电装置放电均匀，改善了放电空间中的增益分布和折射率分布的均匀性。所以本发明与已有技术比较，既解决了寿命短的问题，增长了寿命，又保证了激光器输出的光束质量。
附图说明：
图1是已有技术1的放电装置剖而的示意图。图2是已有技术2的放电装置剖而示意图。图3是本发明的双脉冲予电离放电装置的剖面示意图。
实施例：本发明的双脉冲予电离放电装置，其结构如图3所示，用于中科院上海光机所的一台万瓦级横流CO2激光器上。分列阳极10与阴极管4之间的间距P＝50mm，阴极管4的直径为Φ4mm，正辅助电极12选用铜管，正辅助电极12到分列阳极10垂直于气流υ方向的横向尺寸l2为18mm，付辅助电极11选用一排针，到阴极管4沿而垂直于气流υ方向的横向尺寸l1为15mm，脉冲电源5输出功率为800W，频率为5KHz，气体流速为υ＝70m/s，在工作气压5.3KPa～10.6KPa的情况下，获得稳定均匀的辉光放电，放电最大注放功率达100KW，在工作气压93.3KPa，注入功率75KW的情况下，一次充气稳定放电时间超过了8小时。激光器输出激光功率获得10KW，且输出激光光束的近场分布明显比已有技术1输出光束的近场分布均匀。
Claims (2)
1.一种横流气体激光器双脉冲予电离放电装置，包括电极系统和放电回路，电极系统含有直流主放电电极和脉冲予放电电极，其中直流主放电电极由嵌有阳极条(2)的分别阳极(10)和阴极管(4)构成；放电回路包括直流主放电回路和脉冲予电离放电回路，其特征在于电极系统中包括在导流板(8)和分列阳极(10)构成平直段的气流υ通道中心，阴极管(4)与分列阳极(10)之间的主放电区(14)顶端，气流υ上游，分列阳极(10)与阴极管(4)之间靠近阴极管(4)的一端置有付辅助电极(11)，在付辅助电极(11)与分列阳极(10)之间置有正辅助电极(12)；放电回路中含有两个脉冲予电离放电回路。
2.依照权利要求1所述的双脉冲予电离放电装置，其特征在于两个脉冲予电离放电回路，其中回路一是在阳极条(2)与正辅助电极之间形成脉冲放电，它由脉冲电源(5)的正极经耦合电容C1，镇流电阻Ri接到分列阳极(10)上的阳极条(2)，脉冲电源(5)的负极经耦合电容C3，接于正辅助电极(12)；回路二是在阴极管(4)与付辅助电极(11)之间形成脉冲放电，它由脉冲电源(5)的负极经耦合电容C3及分电容Ci接到付辅助电极(11)，脉冲电源(5)的正极与阴极管(4)共同接地。
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