CS205346B1 - Spark gap started by laser - Google Patents

Description

Výnález se týká lášěfětn Spbuštěnéhb jiškřiště šěštávájící z lásěřu š inipúlšriírii gěriěrátbřerii.

V současné době sě používá jako generátorů výšokbnápěťdvých impulsů pro élěktřboptické prvký v laserové technice tlakováhé lášerém spdúštěně jiskřiště. Tínitb způšbběrri je možně dosáhnout vysoké Čášové stability spouštění těchto generátorů impulsů a rychlých náběhů impulsů. Čím vyšší stability spouštění se požaduje dosáhnout, tím blíže musí být nápětí na jiskřišti k průraznému napětí jiskřiště. Čím vyšší rychlosti spínání jiskřiště .chceme dosáhnout, tím vyššího tlaku a menší vzdálenosti elektrod je nutně použít. Přo dosažení náběhů 100 ps se jiskřiště tlákují až na 5 MPá a vzdálenost elektrod je 0,1 nim. Z uvedeného je zřejmé, že je obtížné dosáhnout těchto extrémních spínacích dob. Jiný způsob realizace těchto spínacích dob jé použití pevného dielektrika mezi elektrodám!, které se však při spouštěni laserovým svazkem propálí. Takovéto jiskřiště je tedy pouze pro jedno použití a fólie triezi elektrodami sé musí po každém sepnutí Vyměnit. Použití kapalného dielektrika není vhodné z důvodů velkého zpoždění výstupního impulsu proti spouštěcímu lásěrovéihu impulsu.

Nevýhodou stávajícího stavů techniky jě nutnost tlakování jiskřiště na poměrně vy- · ² soké tlaky. Tim sě Zriáčně zvyšují nároky ná kdnstrůkci jiskřiště; protože požadavky těsnosti kbnštrukfcé přo tyté Vyšdkl tláký jsdu v protikladu k možnostem dobrého impedančního přizpůsobení přívodů k élektrodáni jiškríšte a žařúčerií potřébnýcíx vzdálehoští ták, ábý nedocházelo k průrazům vysokého napětí v nežádoucích místech. Požadavek vysokého tlaku uvnitř jiskřiště pro dosažení krátkých spínácích dob vyplývá z mechanismu průrazu Uvnitř tohoto jiskřiště. Ná elektrodách jiskřiště je nižší stejnosměrné napětí než je průrazně napětí odpovídající vzdálenosti meziniriii. Spouštěcí laserový svazek způsobí vznik počátečních elektronů, z kterých vznikne láVintívbri ionizací lavina, která po dosažení kritické velikosti způsobí strimový průraz vzdálenosti mezi elektrodami. Tento průraz vytvoří kanál š určitou koncentrací elektronů. V posledním stádiu průrazu dojde k lavinové ionizaci v prostorů ceilěho kanálu a k úplnému Sepnutí jiskřiště. Rychlost sepnutí jiskřiště jě závislá právě na posledním stadiu rozvoje lavinové ionizace Uvnitř kanálu. Tento koeficient a lavinové ionizace závisí ha hodnotě E/p a daném plynů, kďe E je intenzita pole uvnitř kanálu a p je tlak.

Úvéděné nedostatky odstraňuje řešení láserem spouštěného jiskřiště, sestávající z la20534«

203340 seru s impulsním generátorem a jiskřiště s jeho impulsním generátorem podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že první impulsní generátor a druhý impulsní generátor jsou propojeny synchronizační vazbou a první impulsní generátor laseru je připojen na elektrooptickou uzávěrku laseru, sestávající z polarizátoru, k němuž je napojen elektrooptický člen. Druhý impulsní generátor je připojen na jiskřiště.

Podle vynálezu je výhodné, jestliže elektrooptická uzávěrka je připojena vysokonapětovým vedením na druhý impulsní generátor přes jiskřiště a vedením na zdroj opěrného napětí.

Napájecí napětí na jiskřišti generované druhým impulsním generátorem převyšujé statické' průrazné napětí, odpovídající dané vzdálenosti elektrod jiskřiště, tlaku a složení plynu mezi těmito elektrodami, a je synchronizováno pomocí prvního impulsního generátoru a elektrooptické uzávěrky se spouštěcím laserovým .impulsem jiskřiště. Tato synchronizace umožňuje přítomnost napájecího napětí na elektrodách jiskřiště těsně před příchodem laserového spouštěcího impulsu — řádově 100 ns. Tím je umožněno použít značného přepětí mezi elektrodami jiskřiště vzhledem k statickému průraznému napětí jiskřiště,. protože během této krátké doby nemůže dojít k běžnému průrazu bez přítomnosti spouštěcího laserového impulsu.

Je účelné, jestliže sei napětí z druhého impulsního generátoru napájejícího jiskřiště použije- současně k ovládání elektrooptického členu laseru, spouštějícího jiskřiště.

Výhody laserem spouštěného jiskřiště podle vynálezu spočívají v tom, že není nutné tlakovat jiskřiště, čímž se zjednoduší konstrukce. Ze závislosti koeficientu ionizace na poměru E/p vyplývá, že je možné dosáhnout vyšších hodnot tohoto koeficientu bez nutností tlakování jiskřiště vzhledem k tomu, že tento poměr není omezen podmínkou statického průkazu ve srovnání s jiskřištěm napá jených stejnosměrným napětím. Proto se zvýší rychlost spínání a stabilita parametrů jiskřiště a zmenší se citlivost parametrů na nastavení vzdálenosti elektrod jiskřiště. Dále je snadněji vyřešené impedanční přizpůsobení všech částí přechodů vedení vzhledem ke krátké době aplikace vysokého napětí, během níž pravděpodobnost průrazu i při poměrně malých vzdálenostech je zanedbatelně malá. Proto je možné dosáhnout mnohem rychlejších náběhů vysokonapěťových impulsů než klasickými jiskřišti.

Podstata vynálezu a jeho výhody jspu blíže objasněny na popisů příkladu jeho provedení pomocí připojených výkresů,,na nichž obr. 1 znázorňuje schéma podle vynálezu, obr. .2 a- 3 znázorňují příklady použití vynálezu. .4

Technické řešení podle vynálezu je blíže popsáno na obr. 1. Laser L je tvořen polopropustnými zrcadly 5 a 7, elektrooptickou uzávěrkou A a aktivním materiálem 6, například rubínem. První impulsní generátor 1 laseru L je připojen na elektrooptickou uzávěrku A, jež je sestavena z polarizátoru 4 _ a elektrooptického členu 3. Druhý impulsní generátor 2 je spojen s jiskřištěm 8.

Změnou optické jakosti rezonátoru laseru L pomocí elektrooptické uzávěrky A, která je ovládána napětím z prvního impulsního generátoru 1 laseru L, se dosáhne generace laserového impulsu, který spouští jiskřiště 8. N,a první impulsní generátor 1 nejsou.klade-, ny zvláštní nároky na rychlost náběhu impulsů, protože tyto impulsy slouží pouze ke změně optické jakosti rezonátoru laseru L, tvořeného polopropustnými zrcadly 5 a 7, elektrooptickou uzávěrkou A a,.aktiyním materiálem 6. Synchronně s prvním impulsním generátorem 1 je spouštěn druhý impulsní generátor 2, který napájí světlem spouštěné ' jiskřiště 8.

Doba mezi změnou jakosti rezonátoru a výstupním laserovým impulsem se pohybuje v oblasti desítek až stovek nanosekund, a proto jg dpba trvání napětí na jiskřišti 8 značně krátká. Nemůže tedy dojít ke vzniku laviny vlivem kosmického záření nebo vlivem radioaktivního pozadí.

Velikost přepětí je omezena vznikem elektronů autoemisí, které způsobí průraz i při těchto krátkých napájecích impulsech; Vzdálenost elektrod pro dané napájecí napětí je možné nastavit asi na velikost, která odpovídá vzdálenosti při tlakování asi na 2 MPa a použití stejnosměrného napětí. Poměr E/p, jímž je určen koeficient a lavinové ionizace je 20křát větší než je pro klasické tlakované jiskřiště pro stejná výstupní napětí.

Vynálezu lze příkladně použít při konstrukci laseru generujícího impuls délky 3 až 4 ns podle obr., 2.

Elektrooptická uzávěrka A je připojena vysokonapěťovým vedením 9 na druhý impulsní generátor 2 jiskřiště 8 a vedením ίί na zdroj 10 opěrného napětí.

Změnou optické jakosti rezonátoru se vygeneruje uvnitř rezonátoru impuls s trváním 20 ns a v okamžiku jeho maxima je aplikováno napětí laserem spouštěného jiskřiště 8 na elektrooptický člen 3, který způsobí vyvedení nakmitané energie na výstup laseru L. Délka výstupního Impulsu je dána optickou délkou rezonátoru. Druhý impulsní generátor 2 napájí jiskřiště 8 a současně vysokonapěťovým vedením 9 spíná jakost rezo·* nátoru laseru L pomocí elekrooptického členu. Rezonátor laseru L je tvořen poloprůpustnými zrcadly 5 a 7, polarizátorem 4, elektrooptickým členem 3 a aktivním máteriálem 6, například rubínem. Aby byl rezo205346 ³ nátor bez impulsního napětí ve stavu s nízkou jakostí, je na elektrooptický člen 3 aplikováno stejnosměrné opěrné napětí ze zdroje, 10 vedením 11. První impulsní generátor 1 je vytvořen pomocí elektricky spouštěného jiskřiště, pracujícího za normálního tlaku, generujícího napěťový skok na 50 Ω vedení s náběhem asi 30 n's. Po nárůstů laserového impulsu na určitou velikost se sepne světlem spouštěné jiskřiště-8, které vytvoří napěťový skok zpět na nulové napětí na vysokonapěťové vedení 9 a tím způsobí vyvázání nakmitané světelné energie ve směru 15.

Náběh tohoto napěťového skoku světlem spouštěného jiskřiště 8 je. lepší než 1 ns.

Jiný příklad použití vynálezu je znázorněn na obr. 3. První impulsní generátor 1 způsobuje změnu optické jakosti rezonátoru laseru L a druhý impulsní generátor 2 napájí

Claims (2)

1. , Předmět

   1. Laserem spouštěné jiskřiště, sestávající z laseru s impulsním generátorem a jiskřiště s jeho impulsním generátorem, vyznačil jící se tím, že první impulsní generátor (1) a druhý impulsní generátor. (2) jsou propojeny synchronizační vazbou (17), přičemž první impulsní generátor (1) laseru (L) je připojen na elektrdoptickou uzávěrku (A) laseru (L), sestávající z polarizátoru (4), k němuž je na6 světlem spouštěné jiskřiště 8 á oba impulsní generátory 1 a 2 jsou spouštěny syn, chronně. Tímto uspořádáním lze nezávisle volit velikost napětí výstupních impulsů. Rychlý napěťový skok s laserem spouštěného jiskřiště 8 je přiváděn vysokonapěťovým vedením 9 na druhý elektrooptický člen 13, který pracuje společně s druhým polarizátorem 12 jako další optická uzávěrka, jejíž doba otevření je dána zpožděním napěťového skoku ve vedení 14. Doba trvání výstupního světelného impulsu je určena délkou tohoto vedení 14. Během uzavření optické uzávěrky teče světelný tok laseru L z druhého polarizátoru 12 do jiskřiště 8. Po sepnutí jiskřiště 8 se světélný tok odkloní ve směru 16. .

   Vynález se uplatni především v laserové technice při tvarování krátkých laserových impulsů pomocí elektrooptických prvků.

   vynálezu pojen elektrooptický člen (3), a druhý impulsní generátor (2) je připojen na jiskřiště (8).
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že elekróoptieká uzávěrka JA) laseru (L) je připojena vysokonapěťovým vedením (9) na druhý impulsní generátor (2) přes jiskřiště (8) a vedením (11), na zdroj (ID) opěrného napětí.