CS205346B1

CS205346B1 - Spark gap started by laser

Info

Publication number: CS205346B1
Application number: CS10978A
Authority: CS
Inventors: Vlastimil Krajicek
Original assignee: Vlastimil Krajicek
Priority date: 1978-01-04
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1981-05-29

Description

Výnález se týká lášěfětn Spbuštěnéhb jiškřiště šěštávájící z lásěřu š inipúlšriírii gěriěrátbřerii.The present invention relates to a scaffolding of a spawning whistle whispering out of love with the inipulerium of aberrerium.

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.Nowadays, it uses high-voltage two-pulse generators for the electro-optical element in a laser pressurized laser with a spark gap. It is possible to achieve a high Tea Stability by triggering these pulse generators and rapid pulse ramps. The higher the triggering stability required, the closer the spark gap must be to the spark breakdown voltage. The higher the switching speed of the spark gap we want to achieve, the higher the pressure and the smaller electrode spacing is necessarily used. Upon reaching a ramp of 100 ps, the spark gap is pushed up to 5 MPa and the electrode gap is 0.1 µm. From this it is obvious that it is difficult to achieve these extreme switching times. Another way of realizing these switching times is to use a solid dielectric between the electrodes, which, however, is burnt out when triggered by the laser beam. Thus, such a spark gap is for single use only and the triaxial foil must be replaced after each switching. The use of a liquid dielectric is not suitable due to the large delay of the output pulse against the trigger pulse.

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.The disadvantage of the prior art is the need to pressurize the spark relatively vy- · ² Soke pressures. They are increasingly demanding in terms of spark gap construction; since the leak tightness requirements have been exceeded, the pressure is opposed to the possibility of a good impedance matching of the electrodes to the spark gap and the glowing needles to the distant rod, which does not result in high voltage breakdowns in undesirable locations. The requirement for high pressure inside the spark gap to achieve short switching times results from the breakdown mechanism inside the spark gap. There is a lower DC voltage at the spark gap electrodes than a breakdown voltage corresponding to the interstage distance. The triggering laser beam causes the formation of initial electrons from which an avalanche is produced by ionization, which, when it reaches a critical size, causes a strike breakdown of the distance between the electrodes. This breakdown creates a channel with a certain concentration of electrons. In the last stage of the breakdown, avalanche ionization in the space of the entire canal occurs and the spark gap is completely switched on. The spark gap switching rate depends on the last stage of the development of the avalanche ionization inside the channel. This coefficient a of avalanche ionization depends on the E / pa value of the gases, where E is the field strength inside the channel and p is the pressure.

Úvéděné nedostatky odstraňuje řešení láserem spouštěného jiskřiště, sestávající z la20534«The above-mentioned shortcomings are eliminated by the solution of a love-triggered spark gap consisting of 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.203340 of a pulse generator and a spark gap with its pulse generator according to the invention. Its principle is that the first pulse generator and the second pulse generator are connected by a synchronization coupling and the first pulse laser generator is connected to an electro-optical laser shutter consisting of a polarizer to which the electro-optical member is connected. The second pulse generator is connected to the spark gap.

Podle vynálezu je výhodné, jestliže elektrooptická uzávěrka je připojena vysokonapětovým vedením na druhý impulsní generátor přes jiskřiště a vedením na zdroj opěrného napětí.According to the invention, it is advantageous if the electro-optical shutter is connected by a high-voltage line to a second pulse generator via a spark gap and a line to a source of supporting voltage.

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.The spark gap supply voltage generated by the second pulse generator exceeds the static breakdown voltage corresponding to a given spark gap electrode distance, pressure and gas composition between the electrodes, and is synchronized by the first pulse generator and the electro-optical shutter to the triggering spark gap laser. This synchronization allows the supply voltage to be present on the spark gap electrodes just before the laser trigger pulse arrives - in the order of 100 ns. This makes it possible to apply considerable overvoltage between the spark gap electrodes due to the static breakdown voltage of the spark gap. because during this short time a normal breakdown cannot occur without the presence of a triggering laser pulse.

Je účelné, jestliže sei napětí z druhého impulsního generátoru napájejícího jiskřiště použije- současně k ovládání elektrooptického členu laseru, spouštějícího jiskřiště.It is expedient if the voltage from the second pulse generator supplying the spark gap is used simultaneously to control the electro-optical member of the spark-triggering laser.

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.The advantages of the laser-triggered spark gap according to the invention are that it is not necessary to pressurize the spark gap, thereby simplifying the construction. It follows from the dependence of the ionization coefficient on the E / p ratio that it is possible to achieve higher values of this coefficient without the necessity to pressurize the spark gap, since this ratio is not limited by the condition of static proof as compared to a spark gap powered by DC voltage. Therefore, the switching speed and the stability of the spark gap parameters will be increased and the sensitivity of the parameters to the gap electrode gap setting will be reduced. Furthermore, the impedance matching of all parts of the line transitions is easier to solve due to the short application time of the high voltage, during which the probability of breakdown even at relatively small distances is negligibly small. Therefore, it is possible to achieve much faster starts of high voltage pulses than conventional sparks.

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. .4BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention and its advantages are illustrated in more detail in the description of an exemplary embodiment thereof with the aid of the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows a diagram according to the invention; FIGS. .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.The technical solution according to the invention is described in more detail in FIG. 1. The laser L consists of semi-transparent mirrors 5 and 7, an electro-optical shutter A and an active material 6, for example ruby. The first pulse generator 1 of the laser L is connected to an electro-optical shutter A, which consists of a polarizer 4 and an electro-optical member 3. The second pulse generator 2 is connected to the spark gap 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.By varying the optical quality of the laser resonator L by the electro-optical shutter A, which is controlled by the voltage from the first pulse generator 1 of the laser L, a laser pulse is generated which triggers the spark gap 8. N, and the first pulse generator 1 is not required. pulse rise rate, since these pulses serve only to change the optical quality of the laser resonator L formed by the semipermeable mirrors 5 and 7, the electro-optic shutter A and the active material 6. A second pulse generator 2 is started synchronously with the first pulse generator 1 triggered spark gap 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.The time between the quality change of the resonator and the output laser pulse is in the range of tens to hundreds of nanoseconds, and therefore the duration of the voltage on the spark gap 8 is very short. Therefore, an avalanche cannot occur due to cosmic rays or radioactive background.

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.The magnitude of the overvoltage is limited by the formation of electrons of autoemissions, which will cause breakdown even at these short supply pulses; The electrode gap for a given supply voltage can be set to a size that corresponds to a pressurizing distance of about 2 MPa and the use of a DC voltage. The E / p ratio, which determines the coefficient and the avalanche ionization, is 20 times greater than that of a conventional pressurized spark gap for the same output voltages.

Vynálezu lze příkladně použít při konstrukci laseru generujícího impuls délky 3 až 4 ns podle obr., 2.The invention can be used, for example, in the construction of a laser generating a pulse of 3 to 4 ns in accordance with FIG. 2.

Elektrooptická uzávěrka A je připojena vysokonapěťovým vedením 9 na druhý impulsní generátor 2 jiskřiště 8 a vedením ίί na zdroj 10 opěrného napětí.The electro-optical shutter A is connected by a high-voltage line 9 to the second pulse generator 2 of the spark gap 8 and by a line 11 to the source 10 of the supporting voltage.

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.By changing the optical quality of the resonator, a pulse of 20 ns is generated inside the resonator and at the moment of its maximum the voltage of the laser-triggered spark gap 8 is applied to the electro-optic member 3 which causes the oscillated energy to be outputted. The second pulse generator 2 supplies the spark gap 8 and at the same time the high voltage line 9 switches the quality of the laser resistor L by means of an electro-optical element. The laser resonator L consists of semipermeable mirrors 5 and 7, a polarizer 4, an electro-optic member 3 and an active material 6, for example ruby. In order for the reso205346 ^{3 to be} free of pulse voltage in a low-quality state, a direct support voltage from source 10 is applied to the electro-optic member 3 by line 11. The first pulse generator 1 is formed by an electrically triggered spark gap operating at normal pressure generating a voltage jump 50 Ω wires with a lead-in of about 30 n's. As the laser pulse rises to a certain magnitude, the light-triggered spark-8 is energized, which creates a voltage jump back to zero voltage on the high voltage line 9, thereby causing the oscillated light energy to bind in the direction 15.

Náběh tohoto napěťového skoku světlem spouštěného jiskřiště 8 je. lepší než 1 ns.The rise of this voltage jump of the light-triggered spark gap 8 is. better than 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 napájíAnother example of the application of the invention is shown in Fig. 3. The first pulse generator 1 causes a change in the optical quality of the laser resonator L and the second pulse generator 2 supplies

Claims

, Subject

A laser-triggered spark gap consisting of a pulse generator laser and a pulse generator pulse generator, characterized in that the first pulse generator (1) and the second pulse generator. (2) are connected by a synchronization coupling (17), the first pulse generator (1) of the laser (L) being connected to an electrdoptical shutter (A) of the laser (L) consisting of a polarizer (4) to which a light-triggered spark gap 8 and both pulse generators 1 and 2 are triggered son, chronically. By this arrangement, the voltage of the output pulses can be independently selected. The rapid voltage jump with the laser-triggered spark gap 8 is applied by the high voltage line 9 to the second electro-optic member 13, which works together with the second polarizer 12 as an additional optical shutter whose opening time is determined by the voltage jump delay in the line 14. During the closing of the optical shutter, the luminous flux of the laser L flows from the second polarizer 12 to the spark gap 8. After closing the spark gap 8, the luminous flux is deflected in the direction 16.

The invention is particularly applicable in laser technology for shaping short laser pulses by means of electro-optical elements.

According to the invention, an electro-optical member (3) is connected, and the second pulse generator (2) is connected to the spark gap (8).

Device according to claim 1, characterized in that the electro-optic shutter (JA) of the laser (L) is connected by a high voltage line (9) to a second pulse generator (2) via a spark gap (8) and a line (11) to a source (ID). support voltage.