CN2912017Y - 大口径等离子体电极普克尔盒 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种大口径等离子体电极普克尔盒。普克尔盒含有壳体和晶体，普克尔盒壳体由圆柱形玻璃制成。本实用新型的大口径等离子体电极普克尔盒采用圆形薄放电腔以及环状放电电极，放电电极内侧镶嵌尖锐放电针，环状放电电极紧贴晶体表面所在平面。放电腔厚度的减少和放电电极设计的优化，使得单脉冲过程下工作气体的击穿更加迅速、稳定，形成的等离子体具有电导率高、透明、均匀等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于高功率固体激光器技术领域，具体涉及一种大口径等离子体电极普克尔盒。
背景技术
环电极纵向电场普克尔盒开关已在激光技术中得到广泛应用，但是由于环电极结构造成的电场不均匀，在圆柱晶体边缘的场强总大于中心轴上的场强，如果要求晶体上的电场不均匀性小于2％，则晶体厚度与直径之比必须大于1，用环电极普克尔盒建造口径大于100mm的电光开关将引起严重的光吸收和非线性效应。目前在建的几台用于惯性约束聚变(ICF)研究的高功率固体激光器，均采用新型的等离子体电极普克尔盒作为光开关，这种普克尔盒利用晶体两侧气体放电形成的高电导率透明等离子体作电极，可以用薄晶体制成大口径电光开关。但是，形成等离子体的大电流放电将会造成电极的溅射，污染晶体和光窗，从而降低普克尔盒的透过率。而驱动一台这种等离子体电极电光开关，需要配置预电离电源、主放电电源和高压开关脉冲电源，各电源之间必须有严格的时间关联，增加了整个系统的复杂性，使其可靠性降低。
名称为“兆焦耳激光装置等离子体电极普克尔盒运作的简单方法”的文章(J.Gardelle，E.Pasini，B.Bicrel，A new regime of plasma-electrode Pockels cell operation forthe laser megajoules project[R]，Proceeding of IFSA，2001，510～513)公开了一种单脉冲过程驱动的等离子体电极电光开关，特点是在每个放电电极上只加高压开关脉冲即可形成高电导率透明等离子体，并完成对普克尔盒的充电，实现对通过KDP晶体的线偏振激光偏振态的控制。但这种普克尔盒，放电腔较厚，在其方形放电腔内只有其中一边有一条形电极，电极上镶嵌20个小直径圆柱形石墨电极，且电极造价昂贵。
发明内容
为了解决已有技术中电极造价高、等离子体均匀性差以及时间特性的不足，本实用新型提供一种等离子体电极普克盒，可有效提高等离子体的空间均匀性，获得良好的时间特性。本实用新型的技术方案是提供一种大口径等离子体电极普克尔盒，本实用新型的大口径等离子体电极普克尔盒含有壳体和晶体，还包括放电腔、设置有放电针的环状放电电极、光窗、进气嘴、抽气嘴、电极连杆；在壳体中部设置有用于镶嵌KDP晶体的圆孔；环状放电电极整体为不锈钢圆环，内侧等距离镶嵌数个尖锐放电针；其连接关系是，KDP晶体粘接镶嵌在普克尔盒壳体中的圆孔内，KDP晶体的两个面上分别设置有环状的放电腔，在放电腔外设置有光窗；环状放电电极分别设置在放电腔内，两个环状放电电极分别紧贴KDP晶体的两个表面所在的平面设置。环状放电电极分别通过电极连杆与普克尔盒壳体固定，在普克尔盒壳体上设置有进气嘴、抽气嘴，一组进气嘴和抽气嘴设置在晶体左侧的放电腔内，另一组进气嘴和抽气嘴设置在晶体右侧的放电腔内。在放电腔外层依次设置有光窗密封档环和光窗密封圈，并位于环状放电电极与光窗之间；光窗连接环设置在普克尔盒壳体外沿，与光窗盖相配合固定光窗。放电腔上部还设置有真空规管座。
在壳体内设置的圆孔直径与KDP晶体的直径相匹配，两个进气嘴之间的投影距离、两个抽气嘴之间的投影距离、两个电极连杆之间的投影距离均大于2cm。
由于放电腔采用薄腔体设计，电极环之间距离的减小，导致与电极环相连的电极连杆以及抽气嘴、进气嘴之间距离的减小，会影响到其绝缘性能，本实用新型采用错位设计，两个放电腔电极连杆之间、抽气嘴与抽气嘴之间、进气嘴与进气嘴之间投影距离均为2cm以上，增加了绝缘距离，使得其耐压均能大于25kV。
本实用新型的等离子体电极普克盒设置了圆形薄放电腔和内侧镶嵌若干尖锐放电针的环状电极，放电腔厚度约1cm，电极环紧贴晶体表面所在平面。放电腔厚度的减少和放电电极设计的优化，使得工作气体的放电更加稳定，在数百帕斯卡到上万帕斯卡的工作气压范围内，均获得了全口径高电导率均匀等离子体以及良好的时间特性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的等离子体电极普克尔盒实施例的结构俯视图，
图2为本实用新型的等离子体电极普克尔盒实施例的结构剖面示意图
图3为本实用新型的等离子体电极普克尔盒实施例中环状放电电极结构示意图
图4为本实用新型的等离子体电极普克尔盒实施例中环状放电电极局部放大示意图
图中，1.壳体 11.圆孔 环状放电电极(2、12) 进气嘴(3、13) 抽气嘴(4、14) 电极连杆(5、15) 光窗密封圈(6、16) 光窗密封圈挡环(7、17) 光窗(8、18) 光窗连接环(9、19) 光窗盖(10、20) 放电腔(30、40) 50.真空规管座
具体实施方式
图1～4中，本实用新型的大口径等离子体电极普克尔盒包括普克尔盒壳体1，普克尔盒中部用于镶嵌KDP晶体的圆孔11，环状放电电极(2、12)，进气嘴(3、13)，抽气嘴(4、14)，电极连杆(5、15)，光窗密封圈(6、16)，光窗密封圈挡环(7、17)，光窗(8、18)，光窗连接环(9、19)，光窗盖(10、20)，放电腔(30、40)和真空规管座50。KDP晶体通过硅胶粘接镶嵌在普克尔盒壳体1内中部的圆孔11内，KDP晶体的两个面上分别设置有环状的薄形放电腔(30、40)，在放电腔30外层设置有光窗8，在放电腔40外层设置有光窗18。环状放电电极2设置在放电腔30内，环状放电电极12设置在放电腔40内，环状放电电极2通过电极连杆5与普克尔盒壳体1固定，环状放电电极12通过电极连杆15与普克尔盒壳体1固定，进气嘴(3、13)、抽气嘴(4、14)分别设置在普克尔盒壳体1上，进气嘴3、抽气嘴4与放电腔30连接，进气嘴13、抽气嘴14与放电腔40连接，光窗密封圈6和光窗密封圈挡环7设置在放电腔30外且位于环状放电电极2与光窗8之间，光窗密封圈16和光窗密封圈挡环17设置在放电腔40外且位于在环状放电电极12与光窗18之间；光窗连接环9粘接在放电腔30一侧的普克尔盒壳体1的外沿，与光窗盖10相配合固定光窗8，光窗连接环19粘接在放电腔40一侧的普克尔盒壳体1的外沿，与光窗盖20相配合固定光窗18；放电腔40上部设置有真空规管座50。
图3、图4分别为本实用新型的实施例中环状放电电极结构示意图和环状放电电极局部放大图。本实用新型的等离子体电极普克盒中环状放电电极2整体为不锈钢圆环，内侧等距离镶嵌数个尖锐放电针；环状放电电极12的结构与环状放电电极2结构相同。环状放电电极2紧贴KDP晶体表面所在的平面设置；环状放电电极12紧贴KPD晶体的另一表面所在的平面设置。进气嘴3与进气嘴13的投影距离、抽气嘴4与抽气嘴14的投影距离、电极连杆5与电极连杆15之间的投影距离均为2cm。在壳体1内设置的圆孔11直径与KDP晶体的直径相匹配。
本实用新型的等离子体电极普克盒的工作过程如下：进气嘴(3、13)连接充气管路，向普克尔盒内充纯净氦气，抽气嘴(4、14)连接真空系统，普克尔盒工作之前，调节充气系统的进气量和真空系统的抽速使放电腔(30、40)平衡在数千帕斯卡的动态工作气压下；普克尔盒工作时，正负高压脉冲分别被加在放电腔(30、40)的环状放电电极(2、12)上，正负高压脉冲通过其纳秒级(10-9秒)快速上升的前沿和环状放电电极，迅速击穿放电腔(30、40)内的工作气体，形成透明、高电导率的均匀等离子体，此时普克尔盒两放电腔内的等离子体相当于两块平板电极，普克尔盒相当于一个平板电容，于是正负高压开关脉冲便对此电容器进行充电，KDP晶体处于均匀电场中，此时线偏振激光通过KDP晶体，其偏振态就会被改变。
放电腔厚度的减少和放电电极设计的优化，使得工作气体的击穿迅速、稳定，形成的等离子体电导率高、透明及均匀。
Claims (5)
1.一种大口径等离子体电极普克尔盒，含有壳体(1)和晶体，其特征在于：所述的普克尔盒还包括放电腔(30、40)，设置有放电针的环状放电电极(2、12)，光窗(8、18)，进气嘴(3、13)、抽气嘴(4、14)，电极连杆(5、15)；在壳体(1)中部设置有用于镶嵌KDP晶体的圆孔(11)；其连接关系是，KDP晶体粘接镶嵌在普克尔盒壳体(1)中的圆孔(11)内，KDP晶体的两个面上分别设置有环状的放电腔(30、40)，在放电腔(30)外设置有光窗(8)，在放电腔(40)外设置有光窗(18)；环状放电电极(2、12)分别设置在放电腔(30、40)内，环状放电电极(2、12)分别通过电极连杆(5、15)与普克尔盒壳体(1)固定，在普克尔盒壳体(1)上设置有进气嘴(3、13)、抽气嘴(4、14)，进气嘴(3)和抽气嘴(4)与放电腔(30)连接，进气嘴(13)和抽气嘴(14)与放电腔(40)连接；在放电腔(30)外层依次设置有光窗密封档环(7)和光窗密封圈(6)，并位于环状放电电极(2)与光窗(8)之间；在放电腔(40)外层依次设置有光窗密封档环(17)和光窗密封圈(16)，并位于环状放电电极(12)与光窗(18)之间；光窗连接环(9)设置在普克尔盒壳体(1)外沿，与光窗盖(10)相配合固定光窗(8)，光窗连接环(19)设置在普克尔盒壳体(1)外沿，与光窗盖(20)相配合固定光窗(18)；放电腔(40)上部还设置有真空规管座(50)。
2.根据权利要求1所述的大口径等离子体电极普克尔盒，其特征在于：所述的环状放电电极(2、12)为不锈钢圆环，内侧等距离镶嵌数个尖锐放电针。
3.根据权利要求1所述的大口径等离子体电极普克尔盒，其特征在于：所述的设置在放电腔(30、40)内的环状放电电极(2)紧贴在KDP晶体表面上，环状放电电极(12)紧贴KPD晶体的另一表面上。
4.根据权利要求1所述的大口径等离子体电极普克尔盒，其特征在于：所述的进气嘴(3)与进气嘴(13)的投影距离、抽气嘴(4)与抽气嘴(14)的投影距离、电极连杆(5)与电极连杆(15)之间的投影距离均大于2cm。
5.根据权利要求1所述的大口径等离子体电极普克尔盒，其特征在于：所述的在壳体(1)内设置的圆孔(11)直径与KDP晶体的直径相匹配。
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