等离子体电极电光开关大面积辉光放电的产生及其特性

 在电光开关的晶体两侧，用辉光放电产生的高电导率透明等离子体作为施加开关脉冲电压的电极，可大大增加开关的通光口径。利用设计建造的一个80mm×80mm口径的等离子体电极电光开关，研究了用于电光开关中的大面积辉光放电的产生方法及放电特性。描述了等离子体电极普克尔盒的结构、放电室和电极的几何尺寸、放电电路及其参数，实验观测了预电离和工作气压对放电的影响。     

含氢电极真空弧放电等离子体时空分布特性研究

真空弧离子源在真空镀膜、材料表面改性、真空大电流开关、加速器离子注入等领域有广泛应用,目前国内外对真空弧放电等离子体的研究主要针对纯金属或合金电极,对含氢电极的研究和公开报道较少.本文利用高时空分辨的四分幅图像诊断系统,结合氢和钛原子特征线单色器件,研究了含氢钛电极的真空弧微秒级脉冲放电等离子体的轴向和径向时空分布特性.研究表明:在真空击穿阶段,阳极区域发光更为明显,阳极电极解吸附释放的氢原子是引发击穿的主要放电介质;在真空弧阶段,阴极-绝缘-真空三结合点处产生圆锥状阴极斑,喷射出大量的等离子体以维持弧放电,同时电极内壁非阴极斑区域也有少量等离子体产生,等离子体中H原子的轴向和径向空间分布均比Ti原子均匀.     

等离子体电极棚电光开关实验研究

 设计建造了以辉光放电形成的等离子体作电极，通光口径为80mm×80mm的普克尔盒实验，实验检测了它的开关性能。阐述了普克尔盒的结构，辉光放电等离子体电极的形成，开关驱动脉冲的产生及输出特性，电光开关的开关效率和开关速度的检测方法，给出了典型的实验结果。     

280mm×280mm口径单脉冲过程电光开关

用于高功率惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的大口径电光开关均采用等离子体电极泡克耳斯盒。与传统的等离子体电极电光开关原理不同,单脉冲过程驱动电光开关没有独立的大电流等离子体发生单元,而只是通过具有较高幅值的正负开关脉冲完成对大口径电光开关的驱动。介绍单脉冲过程驱动等离子体电极泡克耳斯盒电光开关的设计,并建立280 mm×280 mm口径电光开关实验平台,利用连续激光器测试了电光开关特性,实验测得该电光开关中心处开关效率为99.3%,开关上升时间为90 ns。     

等离子体电极电光开关实验研究

设计建造了以辉光放电形成的等离子体作电极，通光口径为８０ｍｍ×８０ｍｍ的普克尔盒实验，实验检测了它的开关性能。阐述了普克尔盒的结构，辉光放电等离子体电极的形成，开关驱动脉冲的产生及输出特性，电光开关的开关效率和开关速度的检测方法，给出了典型的实验结果。     

赝火花开关放电的蒙特卡罗粒子模拟

采用粒子模拟和蒙特卡罗相结合的方法,应用静电求解模型,对赝火花开关初始放电过程进行了模拟。赝火花开关初始放电过程主要由汤森放电过程、等离子体形成、空心阴极效应和场致发射引发主放电组成;等离子体形成和空心阴极效应对赝火花开关的发展导通具有至关重要的作用。改变赝火花开关工作参数,如气压、电极孔径、阳极电压和阴极腔中初始粒子密度,研究其对赝火花开关电子峰值电流形成时间的影响。结果表明:随着气压、电极孔径、阳极电压和初始粒子密度的增大,赝火花开关电子峰值电流形成时间减小。     

用于多程放大系统光束反转器的等离子体电极电光开关

 等离子体电极电光开关将用在多程放大系统光束反转器中，作为输出控制和抑制主放大前系统内的自激振荡，由于光束反转器空间限制，等离子体电极电光开关采用一体化结构设计。介绍了紧缩型等离子体电极电光开关特性，以及在多程放大系统中的应用。实验结果表明，等离子体电极电光开关具有优良的开关性能，全口径静态透过率为94%，开关效率为989%，能够有效抑制放大器产生的自激振荡。     

等离子体电极普克尔盒电光开关单脉冲过程数值模拟

采用流体模型对等离子体电极普克尔盒(PEPC)电光开关单脉冲过程进行了数值模拟分析.模型包括带电粒子连续性方程、动量守恒方程、电子平均能量方程及空间电位泊松方程.分别采用隐式指数差分格式，超松弛迭代法(SOR)和经典四阶龙格-库塔法(R-K)对带电粒子连续性方程，泊松方程和电子平均能量方程进行数值求解.模拟分析了PEPC单脉冲过程中的带电粒子浓度、电子温度、空间电场、PEPC的放电电流、晶体两侧电压和开关效率的时间演化特性.模型得出了PEPC中气体放电等离子体的微观物理过程与PEPC宏观参量的关系，对设计 关键词： 等离子体电极普克尔盒 电光开关 数值模拟 气体放电     

大口径等离子体电极普克尔盒电光开关研究

 设计建造了通光口径为240mm×240mm等离子体电极普克尔盒,在KDP的两侧用磁控阴极放电产生了覆盖全口径的等离子体电极。用仿真线成形,产生了电压幅值10kV,脉冲上升时间50ns,脉宽500ns,顶部电压波动＜±2%的矩形开关脉冲。测得电光开关的光学特性为全口径静态透过率85.8%,静态消光比132,开关效率97.6%,开关上升时间95ns。     

电极构形对形成大面积放电均匀性影响

 设计并制作了空心阴极、钮扣阴极、针阴极和条形阴极，利用CCD照相，在5cm×5cm口径范围内，分别对四种阴极放电的空间均匀性进行了研究。实验表明，在预电离电压800V，主放电电压3kV和气体气压约30Pa的条件下，利用空心阴极放电，能够获得空间较为均匀的放电等离子体。放电等离子体可以用作普克尔盒电光开关的等离子体电极。     

等离子体喷射触发气体开关多通道放电特性

为了能够形成稳定的多通道放电,研制了一种等离子体喷射触发气体开关。在触发电极的内部嵌入多个微型激励腔以形成多通道等离子体喷射,从而在主间隙中诱导多通道放电。研究了触发电路连接方式、触发能量和极性对多通道等离子体喷射的影响,比较了开关在两种工作模式下各间隙放电通道数量随工作系数的变化规律。实验结果表明:采用触发电路II连接方式,触发电极的多通道放电效果更好;高触发能量、负极性和低气压条件有利于形成多通道等离子体喷射;当开关运行在工作模式Ⅱ,且在较高工作系数时,具有更好的多通道放电特性。     

大口径单脉冲过程驱动电光开关研究进展

用于ICF研究的大型激光驱动器，为了获得高输出通量，用了大量的大口径光学元件，造价昂贵。因此，避免大口径光学元件受到损坏尤其重要。而等离子体电极普克尔盒电光开关是用晶体两侧稀薄气体放电形成的高电导率透明等离子体作电极，可以用薄晶体做到大口径，并具有低损耗、高空间均匀性、高损伤阈值，目前正在建造的几台大型激光系统都将采用其作为级间隔离和反向激光隔离的光开关。     

氦气压强对单脉冲过程电光开关特性影响的数值分析

根据单脉冲过程电光开关气体放电的微观物理过程,提出了氦气放电的一维数值模型。用数值方法分析了气压对单脉冲过程电光开关的气体击穿、放电电流、KDP晶体两侧电压、开关效率、开关速度、等离子区电子温度及等离子体浓度的影响。数值计算结果表明,气压主要影响开关速度的快慢,而对开关效率的大小影响作用不大。在相同开关脉冲的驱动下,在气压较低的情况下,开关速度随气压增大而变快;而在气压较高的情况下,开关速度随气压增大而变慢。由此得到口径为8cm×8cm电光开关的最佳工作气压为1-4 kPa的结论。     

大气压管板结构纳秒脉冲放电中时域X射线研究

纳秒脉冲放电能在大气压下产生高电子能量、高功率密度的低温等离子体,由于经典放电理论无法很好地解释纳秒脉冲放电中的现象,近年来以高能逃逸电子为基础的纳秒脉冲气体放电理论受到广泛关注.纳秒脉冲放电会产生高能逃逸电子,伴随产生X射线,研究X射线的特性可以间接反映高能逃逸电子的特性.本文利用纳秒脉冲电源在大气压下激励空气放电,通过金刚石光导探测器测量放电产生的X射线,研究不同电极间隙、阳极厚度下和空间不同位置测量的X射线特性.实验结果表明,在大气压下纳秒脉冲放电能产生上升沿约1 ns,脉宽约2 ns的X射线脉冲,其产生时间与纳秒脉冲电压峰值对应,经计算探测到的X射线能量约为2.3×10-3J.当增大电极间隙时,探测到的X射线能量减弱,因为增大电极间隙会减小电场强度和逃逸电子数,从而减少阳极的轫致辐射.电极间距大于50 mm后加速减弱,同时放电模式从弥散过渡到电晕.随着阳极厚度增加,阳极后方和放电腔侧面观察窗测得的X射线能量均有所减弱,在阳极后面探测的X射线能量减弱趋势更加明显,这说明X射线主要产生在阳极内表面,因此增加阳极厚度会使穿透阳极薄膜的X射线能量减少.     

同轴电极结构下真空放电等离子体生成及传播特性

采用放电电流为100~300 A、持续时间为13 s的单脉冲电源,设计了两种同轴电极结构作为放电阳极,分别为筒状电极、喷嘴状电极。利用MAXWELL 3D电场仿真软件对两种电极结构下的电场分布进行了仿真分析,并采用探针法对放电生成的等离子体的参数进行了测量,分析讨论了同轴电极结构对真空放电等离子体生成特性的影响。选取喷嘴状电极结构作为阳极,分别测量了采用铅、铝、铜三种材质的阴极时生成的等离子体的扩散速度及能量。实验与仿真结果表明:当阳极为喷嘴状电极时阴极尖端的电场强度较大,测得放电电流较大,击穿电压较低,等离子体密度也较大;采用铝材质阴极时生成的等离子体扩散速度最快,采用铅材质阴极时生成的等离子体的离子动能最大。     

单脉冲电光开关击穿时间延迟及抖动的减小方法

减小单脉冲等离子体电极普克尔盒电光开关击穿时间延迟与抖动问题是提高大口径电光开关性能的关键。利用紫外线照射在阴极上的外光电效应,使阴极产生次级电子发射,形成稳定的初始电子流,在高压脉冲作用下普克尔盒内的初始电子产生快速繁流放电,使盒内氦气击穿。实验证明该方法可以减小开关的击穿时间延迟及抖动,使击穿时间延迟平均下降了36%,平均抖动时间下降88%。     

大电流两电极气体开关研究

 由于引燃管难以满足现在能源系统对放电开关承受大电流的要求，因此研制了大电荷转移量两电极气体开关。这种新型气体开关电极间距可调，无触发极，采用同轴结构，并将主电极置于金属腔体内，减少了放电对绝缘支撑的污染。主电极为铜钨合金材料，设计为平顶圆柱状，以提高烧蚀均匀度和热传导效率，减少电极材料喷溅，延长其寿命。绝缘支撑采用碗状结构，提高了机械强度，增加了沿面击穿距离。该开关工作电压达25 kV，放电电流超过100 kA（脉冲宽度600 μs），单次脉冲电荷转移量达50 C。实验结果显示该气体开关触发性能稳定，电极表面烧蚀均匀，多次大电流实验后电极表面保持完好，可应用于强激光能源系统。     

平面磁控阴极用于PEPC等离子体放电实验研究

 平面磁控阴极用于大面积等离子体放电具有大幅降低放电电压和放电气压的优点,是PEPC首选的放电途径。通过对不同尺寸、不同磁场强度和不同气压状态下放电实验研究表明：在较宽的磁场强度范围内都可实现全口径的均匀等离子体放电,电极几何尺寸的小量变化对放电均匀性的影响不大。给出了满足300mm×300mm放电腔的放电参数。     

等离子体电极电光开关特性参数测量

 建造一套电光开关参数测量系统,具备时间分辨、空间分辨及全口径平均测量能力。介绍了240mm×240mm等离子体电极普克尔盒电光开关特性参数及测量光路,并给出了实验测量结果。     

“神光”Ⅲ电光开关电源中的同步延时控制

“神光”Ⅲ装置中主放大级采用大口径等离子体电极的电光开关作系统隔离单元，主要抑制反向激光束和其他杂散光束。它主要由普克尔盒(PEPC)、两台等离子体脉冲发生器、开关脉冲发生器等组成。等离子体发生器由预燃脉冲和放电脉冲产生电路组成。预燃脉冲触发预电离后维持一定的电压和电流，持续时间0．5s。在预燃脉冲的0．4s处触发闸流管以形成脉冲放电等离子体。两台等离子体发生器要求同步，电流起点的偏离≤50ns。