CN210074425U - 一种低气压脉冲气体开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低气压脉冲气体开关，其包括：外壳、相对设置的阳极和空心阴极，以及一个触发单元，其特征在于：所述触发单元为设在所述的空心阴极的背板处的用于接收入射光的光电阴极；在外壳上设有朝向所述光电阴极设置的石英窗；在所述阴极的前板设有一个导光孔。本实用新型通过采用入射光照射在光电阴极上实现开关的触发，其解决了现有此类开关采用电脉冲触发存在的电磁干扰问题，进而提高了系统的可靠性和稳定性，其具有结构紧凑、触发控制简单、具有峰值功率大、重复频率高，寿命长、抗电磁干扰性能好的优点。

Description

一种低气压脉冲气体开关

技术领域

本实用新型涉及一种低气压脉冲气体开关,属于脉冲功率技术领域。

背景技术

脉冲功率技术是一种研究强电脉冲功率放大的技术。它以较低功率在较长的时间内储存电场或磁场能量，然后借助各种开关快速能量切换、脉冲压缩、功率放大，在很短的时间内将脉冲电磁能释放到特定的负载上。

目前主流的低气压脉冲气体开关主要包括闸流管、伪火花开关等。现有的低气压脉冲气体开关的触发方式一般是采用电脉冲触发，其触发的方法和原理是：现有的低气压脉冲气体开关(以下简称开关)主要工作气体为1Pa至200Pa的氢及其同位素气体或是氩气；其触发方式主要集中为电脉冲触发，触发脉冲参数普遍为2～5kV/10～50A, 典型的脉冲调制线路如图1所示，该开关主要由壳体21、阳极22、触发极24和阴极 23构成。阳极22承受阳极电压，阴极23接地，此时开关处于关断状态，阳极22和阴极23之间耐受高电压，储能电容C在此阶段通过阳极电压Ua进行储能。当触发脉冲信号U_trig施加在触发极24上，在电场的作用下，阴极23中的电子被抽运出阴极空腔，在此过程中电子被加速，同时与工作气体发生碰撞，不断电离工作气体形成雪崩效应，在扩散的作用下进入阳极22和触发极24形成的耐压间隙，在阳极电场的作用下，耐压间隙的工作气体被加速电离，失去耐压能力，开关导通。

然而，现有低气压脉冲气体开关触发方式的存在以下不足：根据脉冲调制原理图，此类开关由于触发信号采用电脉冲的形式，而触发脉冲必须在开关内形成通路才可以电离工作气体，所以触发脉冲发生装置引出线必须与触发极和开关阴极连接,阴极接地。在大脉冲电流工程应用中，由于系统地与真实大地之间的电阻存在，根据欧姆定律，系统地存在电位抬升问题，在脉冲电路测试中会发现系统地存在一个尖刺脉冲，幅度数kV，脉宽为us量级，此尖刺脉冲对辅助供电设备造成冲击，降低系统的稳定度及可靠性。

另一种工程应用是：当开关在工程系统中不可能可靠接地时，要求开关的阴极承受高压，此时，触发系统一并被悬浮于高压端使用，而触发系统的供电由220V工频电提供，在触发系统供电端与真实大地连接，此类应用会造成触发系统高压击穿失效；或采用高压隔离变压器配合滤波系统进行触发器的常规220V供电,但随着高压等级的提高,隔离变压器和滤波系统的体积及造价几何级数提升,造成开关由于电路原理及造价成本的原因无法应用于工程系统。

因此，一种不需要将阴极强制接地、且减少电磁干扰进而有助于提升工程系统的可靠性和稳定性的低气压脉冲气体开关成为本领域技术人员追求的目标。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述现有的低气压脉冲气体开关存在的必须强制将阴极接地，且能够减少电磁干扰、进而提高工程系统的可靠性和稳定性。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种低气压脉冲气体开关，其包括：外壳、相对设置的阳极和空心阴极，以及一个触发单元，其特征在于：所述触发单元为设在所述的空心阴极的背板处的用于接收入射光的光电阴极；在外壳上设有朝向所述光电阴极设置的石英窗；在所述阴极的前板设有一个导光孔。

作为优选，所述外壳具有用于容纳所述阳极和空心阴极的密闭空腔，所述阳极为空心圆柱形，所述空心阴极圆柱空心形；

或者，所述外壳为呈圆柱形，所述阳极为空心杯型，其具有圆环形阳极法兰；所述空心阴极呈空心杯型，其具有圆环形阴极法兰，所述阳极法兰和阴极法兰分别与所述外壳两端固定连接，形成密闭空腔；且所述阳极的开口端设有阳极盖板；所述石英窗设置在所述空心阴极的前板的前方且与所述空心阴极的圆周内壁密闭连接。

为了使激光聚焦，提高光能，其最好还包括一个透镜，设置在光电阴极的前方用于入射光聚焦。

作为优选，所述阳极和空心阴极分别具有阳极引线和阴极引线。

所述低气压脉冲气体开关，作为优选方式，其中所述入射光的能量E_λ≥0.080mJ，波长为优选范围是：200nm～600nm。

所述低气压脉冲气体开关，其中所述光电阴极为金属光电阴极板,该金属材料的电子逸出功最好范围为1.5eV～6.5eV。

所述低气压脉冲气体开关在工作过程中，为了保证工作气体的纯度，光电阴极的材料需具有极低的蒸气压，其最好低于10^-5Pa；进一步,在所述低气压脉冲气体开关制造过程中,金属材料需要耐高温，光电阴极金属材料的熔点最好大于650摄氏度。

所述低气压脉冲气体开关中，作为优选方式，所述开关的工作压力为1-200Pa；所述阳极电压范围0.5kV～200KV。

本实用新型所述的低气压脉冲气体开关,其触发方法为:在所述阳极和空心阴极之间施加一个阳极电压；一束入射光自所述石英窗进入、通过空心阴极的前板的导光孔照射在光电阴极上，入射光与光电阴极发生光电效应，并在光电阴极表面出射具有一定密度的光电子，作为初始电子建立,进而产生空心阴极效应并实现整管导通。

其中,所述低气压脉冲气体开关可以采用激光或者脉冲氙灯辐照光谱或光电二极管作为触发光源。其中脉冲氙灯辐照光谱的波长涵盖极广,波长范围基本为 120nm～2250nm；光电二极管也具有较宽的波长范围，例如：硅材料制作的光电二极管的波长范围为：190～1100nm，均适于作为触发光源。光源采用脉冲氙灯辐照光谱或光电二极管时，可以直接照射(直接空间传输)方式进行触发。

采用激光触发时，激光传输方法可以是空间传输,即利用反射镜、分光镜及透镜其中至少一个光学元件将激光器发射的激光调整至所述低气压脉冲气体开关触发所需的射入方向；激光的传输方法也可以是通过光纤传输。

本实用新型所述的低气压脉冲气体开关，克服了现有技术将触发脉冲信号施加在触发极上的电脉冲触发方式存在的必须将空心阴极强制接地的问题，否则开关的阴极承受高压，触发系统也一并被悬浮于高压端使用，进而会造成触发系统高压击穿失效的问题，同时，本实用新型具有抗电磁干扰的优点进而使得在工程系统中应用中具有良好的可靠性和稳定性。本实用新型所述的低气压脉冲气体开关其放电及消电离过程的重复频率可达到30kHz。故，本实用新型所述的开关具有结构紧凑、触发控制简单、具有峰值功率大、重复频率高、寿命长、抗电磁干扰性能好的优点。

附图说明

图1是现有低气压脉冲气体开关触发线路图；

图2是本实用新型所述低气压脉冲气体开关触发原理图；

图3是本实用新型所述本实用新型所述低气压脉冲气体开关结构示意图；

图4是光电子最大初动能Wmax与入射光的频率v关系曲线图；

图5是本实用新型所述低气压脉冲气体开关激光触发的电路图；

图6是本实用新型所述低气压脉冲气体开关激光触发的电路框图；

图7a、7b是本实用新型所述低气压脉冲气体开关采用波长为532nm的激光触发的电脉冲信号测试波形图以及激光触发的电脉冲信号测试10次波形图；

图8a、8b是本实用新型所述低气压脉冲气体开关采用波长为266nm的激光触发的电脉冲信号测试波形图以及激光触发的电脉冲信号测试10次波形图；

图9是本实用新型所述本实用新型所述低气压脉冲气体开关结构另一实施例的示意图。

其中图号:壳体21、阳极22、阴极23、触发极24、低气压脉冲气体开关1、外壳11、空心阳极12、空心阴极13、光电阴极14、石英窗15、阳极引线16、阴极引线17、密闭空腔18、透镜19、通孔121、阳极盖板122、阳极法兰123、通孔131、导光孔132、阴极法兰133、高压充电机100、入射光200、激光器300、硅光电探测器 400、互感器500、蓝色曲线2、红色曲线1、红色曲线1’、蓝色曲线2’。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型所述低气压脉冲气体开关的结构以及触发方法。

实施例1，参见图3，展示了本实用新型所述低气压脉冲气体开关1(简称开关)的结构，该开关1包括一个外壳11，其形成一个封闭的密闭空腔18；在外壳11内、即密闭空腔18内设有空心阳极12以及与之相对设置的空心阴极13，空心阳极12和空心阴极13均为空心圆柱状，空心阳极12的背板(所述背板是指与阴极相对一侧的板) 和空心阴极13的背板(所述背板是指与阳极相对一侧的板)上分别设有相对的四个通孔121、131，通孔121、131的数量是由所需的极限电流值设计，单个通孔可以发射 20～30kA电流，由此计算推导出所需的通孔个数；空心阳极12和空心阴极13分别接有阳极引线16和阴极引线17；其还包括一触发单元,该触发单元为设在空心阴极13 的背板上的光电阴极14，在空心阴极13的前板(图中的下板)上开设导光孔132，外壳11与光电阴极14对应的位置上设有石英窗15；其位置只要能够保证入射光200照射到光电阴极14上即可。

其中，光电阴极14采用金属光电阴极板，其主要选用电子逸出功在1.5eV～6.5eV范围的金属材料即可，而且，最好光电阴极14的金属材料在真空态下,其常温蒸气压＜10^{- 5}Pa；熔点＞650摄氏度；本实施例采用铜板，Cu的逸出功为4.8eV,Cu的常温蒸气压为：＜10^{- 5}Pa,Cu的熔点为1083℃；也可以采用Mg板，当然不限于但金属材料也可以采用合金材料,例如:镍镁,含镁质量比为8％。

参见图3，为了提高光能，也可以增设一个透镜19在光电阴极14和光源之间，其距离光电阴极14的距离为透镜19的焦距f，从而可以使入射光200聚焦在光电阴极14上。

实施例2，参见图9，图中给出了另一种低气压脉冲气体开关1的结构，与上一实施例不同之处在于：空心阳极和空心阴极为支撑杯状结构，即阳极为杯状的空心阳极12，空心阴极为杯状的空心阴极13，两者背向设置，空心阳极12和空心阴极13的背板上设有相对设置的通孔121、131，阳极12和空心阴极13分别具有圆环形阳极法兰 123和圆环形阴极法兰133；外壳11呈圆柱状,阳极法兰123和阴极法兰133分别与外壳11两端固定连接，形成密闭空腔18；且空心阳极12的开口端设有阳极盖板122；石英窗15设置在所述空心阴极13的前板的前方且与空心阴极13的圆周内壁密闭连接, 同时起到阴极盖板的作用。

以上示例说明，本实用新型旨在改变触发单元，将现有的低气压脉冲气体开关的电触发单元改为光电阴极，从而可以实现光能触发的目的，因此，本实用新型所述的低气压脉冲气体开关的阳极、阴极可以采用有技术中其他结构，而不限于上述两个实施例的结构。

下面详细说明本实用新型的低气压脉冲气体开关采用激光触发方法以及原理。

参见图2，本实用新型所述的低气压脉冲气体开关的触发方法为：在空心阳极12上施加阳极电压Ua，该阳极电压Ua对储能电容C充电，此时开关1的空心阳极12承受高压，此时开关耐压间隙处于高绝缘状态。采用脉冲激光的入射光200自所述石英窗15进入、通过空心阴极13的前板的导光孔132照射在光电阴极14上，其中，光的能量最好为：E_λ≥0.08mJ，波长最好为：200nm～600nm；脉冲激光与光电阴极14发生光电效应，并在光电阴极14表面出射具有一定密度的光电子，产生初始电子，初始电子在阳极渗透电场与空心阴极13的空腔的结构限制下形成空心阴极效应并迅速实现电子雪崩，形成空心阴极放电，开关的绝缘间隙失去绝缘性能，实现整管导通；并且储能电容C储存的电荷通过开关泄放给负载R，在负载R端形成线路设计的电脉冲。

其中，入射光200的传输方法可以是利用反射镜和/或分光镜和/或透镜等光学元件将激光器传输的激光调整至开关触发所需的射入方向，即朝向(或大致垂直)石英窗15的方向；也可以通过光纤传输激光。其不限于采用激光触发，也可以再有脉冲氙灯辐照光谱或光电二极管的光进行触发，其中，脉冲氙灯辐照光谱的波长涵盖极广, 波长范围基本为120nm～2250nm；光电二极管也具有较宽的波长范围，例如硅材料制作的光电二极管的波长范围为：190～1100nm，因此，其均涵盖波长为200nm～600nm的光，可以用于触发本实用新型所述开关的光源。

其中，光电阴极14为金属光电阴极板,最好选择电子逸出功为1.5eV～6.5eV的金属材料，且该金属材料在真空态下,其常温蒸气压＜10^-5Pa；熔点＞650摄氏度。

经理论计算，金属材料的电子逸出功4.2eV可以稳定激发光电子引发空心阴极效应，电子逸出功为4.2eV＝6.72×10^-19J。采用266nm激光进行光电触发，入射光子能量为

(其λ中h为普朗克常数、c为光速、λ为入射光波长)，计算得到入射光子能量为7.47×10^-19J，入射光子能量大于金属光电阴极的电子临界逸出功6.72×10^-19J，满足金属光电子发射的前提条件。但由于多光子效应的存在，电子逸出功大于4.2eV仍可以发生初始电离；小于4.2eV的金属材料发射光电子的能力大幅度增强，可以有效的降低激光触发所需的阈值能量，但光电阴极的寿命会降低；大于4.2eV的金属材料发射光电子的能力有所下降，但金属材料的抗离子轰击的能力大大加强，光电阴极的寿命大幅度提高；所以光电阴极的材料选取需根据不同的应用需求进行设计，最佳范围为1.5eV～6.5eV。

本实用新型所述低气压脉冲气体开关以及触发方法适于的工作压力为1-200Pa的开关；其阳极电压Ua(工作电压)范围为0.5kV～200KV。

从图2所示的原理图可以看出，本实用新型所述开关采用激光触发的脉冲线路对强制接地没有要求，只要在储能电容C和低气压脉冲气体开关的二端存在电压差(Ua)，可以对储能电容C进行充电，空心阴极13和阳极12之间存在电位差(Ua)形成的极间电场，光电阴极在入射光的照射下，可以实现导通，将储能电容C的能量泄放给负载R。

本实用新型所述的光触发方法使得主放电电路设计更加灵活，允许开关悬浮于高压端使用，由于采用光/激光进行触发，触发单元与主放电回路空间隔离且激光具备抗电磁干扰的优点、从而可以提高工程系统的可靠性和稳定性。

上述激光触发方法的原理是：根据金属光电子发射理论及爱因斯坦定律，光电子的最大初动能Wmax只与入射光的频率成线性关系。由实验测得Wmax与ν的关系曲线 (如图4所示)，当入射光的频率ν比ν₀高很多时，实验曲线是一条直线，当ν接近于ν₀时，曲线开始逐渐偏离直线。即使ν<ν₀时，由于多光子效应仍可测量到光电子发射，并不存在一个使光电子发射截止的确定的红阈频率。

采用激光触发低气压脉冲气体开关放电与电触发同样具有五个阶段：汤森放电；阴极正离子鞘层形成；空心阴极效应；超密集辉光放电；阴极电子发射增强与金属弧。

1.汤森放电

伪火花放电的点火阶段又称为汤森放电阶段；阳极12与阴极13间的高电压击穿是由激光辐照光电阴极14产生初始电子诱发的，由于外壳内的结构电场远大于空间电荷电场且电子平均自由程大于主放电间隙的几何间距，所以主间隙击穿后的放电是无法实现自持的，当空心阴极13背板的孔洞处产生长程放电即能维持电子雪崩效应。

2.阴极正离子鞘层形成

经过多代雪崩效应的积累，在空心阴极13背板孔洞处首先形成正离子鞘层，它们通过撞击空心阴极13表面发射出二次电子，使得空心阴极13背板孔洞处的气体电离效率提高，并逐渐形成了一个稳定增长的等离子体区域，随着等离子体向空腔的扩散，从空心阳极12区域渗透的电场逐渐增大，雪崩效应产生的正离子鞘层也快速从空心阴极13背板孔洞处向空腔内部发展，其外在表征为极间电阻迅速降低，空心阳极12电压快速回落，电流开始启动。

3.空心阴极效应

空心阴极13的空腔内发生大规模的电子雪崩，空心阳极12电流快速增加，标志着空心阴极效应的开始，此时管内最大电流密度可达300A/cm²，快速发展的正离子鞘层为空心阴极13内部提供了大量高能二次电子在空心几何结构的限制效应下，这些电子经过充分长的时间在腔体内部来回振荡，能量几乎都损失在与气体分子的碰撞电离上，因此气体电离效率很高。

4.超密集辉光放电

随着阴极13的空腔内等离子体区域的增加，空心阴极的腔体内表面的鞘层逐渐被压缩，作用在鞘层上的电场增大，对二次电子的减速作用降低，使得空心阴极13内部的放电电流几乎无限制增加，大量聚集的电子最终以电子束的形式向阳极12进行扩散与迁移运动，这一过程称为超密集辉光放电，其外在表征为开关电压降至约200V，放电电流可达60kA以上，电流导通能力高达10⁵A/cm²；电流上升速率也将大于10¹¹A/s。

5.阴极电子发射增强与金属弧

根据Hartmann和Gundersen的研究，当阴极鞘层的厚度被压缩到小于100um时，电场极大值大于10⁶V/m能引起阴极金属的场致发射以及场致热发射,正离子撞击甚至能在电极表面产生金属等离子体,这关系着低气压脉冲气体开关峰值电流能否上升并超过100kA。

因此，本实用新型所述开关的激光触发至形成脉冲放电的物理过程包括:

1.高压充电阶段

参见,5、6，通过恒流或恒压充电机100产生阳极电压Ua，阳极电压Ua对储能电容C充电，同时开关1的阳极承受高压，此时开关耐压间隙处于高绝缘状态。

2.触发点火及通流阶段

储能电容C充满电荷，开关承受高压，此时，激光器300发射的入射光200经石英窗15进入辐照光电阴极14，产生初始电子，在阳极电场和空心阴极13几何结构限制效应下，形成空心阴极放电，开关1的绝缘间隙失去绝缘性能，开关具备通流能力。储能电容C储存的电荷通过开关泄放给负载R，在负载R端形成线路设计的电脉冲。

3.耐压恢复阶段

当储能电容C的能量完全泄放给负载R以后，储能电容C的残存电压不足以维持开关放电，开关内部的等离子体迅速消电离，开关的绝缘间隙恢复绝缘性能，等待下一次高压充电。

本实施例给出所述低气压脉冲气体开关的触发方法,参见图5、图6，该图展示了低气压脉冲气体开关激光触发的实验电路图和电路框图；

用于触发开关的激光器300：采用四倍频近紫外激光器(可输出1064nm激光

/200mJ；532nm激光/100mJ；266nm/20mJ)；

高压充电机100：0～100kV连续可调；用于向阳极提供阳极电压。

储能电容C：100kV/400nF；

负载R：0.1欧姆；

硅光电探测器400：ET-2030型,用于测试基准光电信号；

互感器500:pearson101型,用于测试脉冲电流；

开关1即为本实用新型所述低气压脉冲气体开关1：工作电压70kV/工作电流100kA。

具体触发过程为：首先，通过高压充电机100向开关及储能元件C充电，充电电压50kV，同时开关1的阳极承受高压，此时开关1耐压间隙处于高绝缘状态。

储能电容C充满电荷，开关承受高压；此时，激光器300以波长为532nm的入射激光辐照光电阴极14，激光能量为6.8mJ，产生初始电子，在阳极电场和空心阴极13 几何结构限制效应下，在36.2ns时形成空心阴极放电，开关1的绝缘间隙失去绝缘性能，开关1实现通流,储能电容C储存的电荷通过开关1泄放给负载R，在负载R端形成线路设计的电脉冲,脉冲电流值通过互感器500测试为70kA。本实施例的充电电压为：50KV，得到脉冲电流是70KA，当工作电压为70kV，产生脉冲电流为98KA，约为100kA，峰值通导功率达到7GW(70kV*100kA)，因此，其具有峰值功率大的优点。

当储能电容C的能量完全泄放给负载R以后，储能电容C的残存电压不足以维持开关1放电，开关1内部的等离子体迅速消电离，开关1的绝缘间隙恢复绝缘性能，等待下一次高压充电。

重复发射不同能量的激光，能量值分别为：5.7mJ、5.07mJ、4.4mJ、3.8mJ、0.24mJ，0.08mJ,其阳极着火时间随着激光能量的增大而变小，但是可以看出即使能量选择最低值0.08mJ，同样可以触发开关，具体实验数据如下表一。

表一：532nm激光，充电电压50kV，得到脉冲电流70kA；

参见图7a，其为一次激光触发的电脉冲信号测试波形图；采用波长为532nm、激光能量为6.8mJ的入射(激)光，开关的充电电压为50kV的情况下进行的测试；图 7a中蓝色曲线2为硅光电探测器400测试的光电脉冲信号,红色曲线1为互感器500 测试的电流波形前端,通过测试蓝色曲线2的上升起点及红色曲线1的跳变点的时间差,即为阳极着火延迟时间(τ_AZ)，τ_AZ＝X2-X1＝36.2ns。

图7b是重复十次上述激光触发的电脉冲信号测试波形图；图中蓝色曲线2’为硅光电探测器测试的10次光电脉冲信号波形的叠加曲线,红色曲线1’为互感器测试的10次电流波形前端叠加曲线；10次测试结果：蓝色曲线2’前端基本重叠, 抖动(τ_jitter)测试为测量红色曲线10次的时间偏差，τ_jitter＝X4-X3＝2.6ns。

下面为本实用新型所述开关采用波长为266nm的激光进行触发测试实验：

首先，通过高压充电机100向开关及储能元件C充电，充电电压50kV，同时开关1 的阳极承受高压，此时开关耐压间隙处于高绝缘状态。

储能电容C充满电荷，开关承受高压，此时，激光器300采用266nm的入射激光辐照光电阴极14，激光能量为6.8mJ，产生初始电子，在阳极电场和空心阴极13几何结构限制效应下，36.2ns形成空心阴极放电，开关的绝缘间隙失去绝缘性能，开关实现通流,储能电容C储存的电荷通过开关泄放给负载R，在负载R端形成线路设计的电脉冲,脉冲电流值通过互感器测试为70kA。

当储能电容C的能量完全泄放给负载R以后，储能电容C的残存电压不足以维持开关放电，开关内部的等离子体迅速消电离，开关的绝缘间隙恢复绝缘性能，等待下一次高压充电。

重复发射激光，分别选用不同的能量值：5.7mJ、5.07mJ、4.4mJ、3.8mJ、0.24mJ、0.08mJ,其阳极着火时间随着激光能量的增大而变小，即使最小能量值0.08mJ仍然可以实现触发，具体实验数据如下表二。

表二：

参见图8a，其为一次激光触发的电脉冲信号测试波形图；采用波长为266nm、激光能量为6.8mJ的入射激光，开关的充电电压为50kV的情况下进行的测试；图 8a中蓝色曲线2为硅光电探测器400测试的光电脉冲信号,红色曲线1为互感器500 测试的电流波形前端,通过测试蓝色曲线2的上升起点及红色曲线1的跳变点的时间差,即为阳极着火延迟时间(τ_AZ)，τ_AZ＝X2-X1＝36.2ns。

图8b是重复十次上述激光触发的电脉冲信号测试波形图；图中蓝色曲线2’为硅光电探测器测试的10次光电脉冲信号波形的叠加曲线,红色曲线1’为互感器测试的10次电流波形前端叠加曲线；10次测试结果：蓝色曲线2’前端基本重叠, 抖动(τ_jitter)测试为测量红色曲线10次的时间偏差，τ_jitter＝X4-X3＝2.0ns。

由上述实验数据可以得出：激光器自身输出能量的抖动(RMS)随激光器输出能量降低而增大；随着激光器输出能量的降低，阳极着火延迟时间(τ_AZ)及抖动增加。激光触发开关在典型工作状态下,阳极着火延迟时间36.2ns,抖动2.6ns；同类型电触发开关在典型工作状态下,阳极着火延迟时间110ns,抖动5-10ns。由此可见，相对于电触发开关本实用新型的阳极着火延迟时间和抖动均大幅度变小，即具有触发速度快、抖动低的优点。266nm激光在相同入射能量的前提下，与532nm激光入射相比较，延迟时间更短，抖动更低。

至此，已经结合附图所示的优选实施例描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，本实用新型旨在提供一种适于光触发的低气压脉冲气体开关，在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，例如: 改变空心阳极、空心阴极的形状，改变光电阴极的材料、改变入射光的波长、能量，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低气压脉冲气体开关，其包括：外壳、相对设置的阳极和空心阴极，以及一个触发单元，其特征在于：所述触发单元为设在所述的空心阴极的背板处的用于接收入射光的光电阴极；在外壳上设有朝向所述光电阴极设置的石英窗；在所述阴极的前板设有一个导光孔。

2.根据权利要求1所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于：所述外壳具有用于容纳所述阳极和空心阴极的密闭空腔，所述阳极为空心圆柱形，所述空心阴极空心圆柱形；

或者，所述外壳为呈圆柱形，所述阳极为空心杯型，其具有圆环形阳极法兰；所述空心阴极呈空心杯型，其具有圆环形阴极法兰，所述阳极法兰和阴极法兰分别与所述外壳两端固定连接，形成密闭空腔；且所述阳极的开口端设有阳极盖板；所述石英窗设置在所述空心阴极的前板的前方且与所述空心阴极的圆周内壁密闭连接。

3.根据权利要求2所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于:其还包括一个透镜，设置在光电阴极的前方用于入射光聚焦。

4.根据权利要求2所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于：所述阳极和空心阴极分别具有阳极引线和阴极引线。

5.根据权利要求1-4其中任一项所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于：所述入射光的能量E_λ≥0.080mJ，波长为：200nm～600nm。

6.根据权利要求1-4其中任一项所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于：所述光电阴极为金属光电阴极板,该金属材料的电子逸出功范围为1.5eV～6.5eV。

7.根据权利要求5所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于：所述光电阴极为金属光电阴极板,该金属材料的电子逸出功范围为1.5eV～6.5eV。

8.根据权利要求6所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于:所述金属光电阴极的金属材料在真空态下,其常温蒸气压＜10^-5Pa。

9.根据权利要求8所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于:所述金属光电阴极的金属材料的熔点＞650摄氏度。

10.根据权利要求1-4其中任一项所述的低气压脉冲气体开关，其特征在于：低气压脉冲气体开关的工作压力为1-200Pa；所述阳极电压范围0.5kV～200kV。

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