±100 kV气体轨道开关击穿特性

 研制了一种用于快Marx发生器的三电极场畸变结构的气体轨道开关,针对3种不同的绝缘介质N₂、干燥空气和SF₆/Ar混合气体开展了轨道开关的自击穿特性和触发特性研究。结果表明:轨道开关的自击穿电压与气压基本呈现线性关系,并且在相同实验条件下,相对于N₂和干燥空气,当绝缘介质为SF₆/Ar混合气体时,轨道开关具有工作电压范围宽、工作系数低、触发击穿延时短、抖动小的优点。采用数码相机拍摄了开关导通过程中形成的放电通道积分图像,初步研究了绝缘介质、电流大小等因素对开关形成多通道的影响。结果表明:提高触发电压、充电电压和放电电流及采用SF₆/Ar混合气体均能够有效增加放电通道数目。     

陶瓷表面放电光泵浦源放电特性研究

为了提高表面放电光泵浦源的寿命,以Al_2O_3陶瓷作为放电基板,研制了分段表面放电光泵浦源。基于放电电压和电流波形,详细研究了泵浦源的放电周期,放电通道电阻,能量沉积效率和等离子体功率密度。发现泵浦源的放电周期、放电通道电阻和能量沉积效率均随放电间隙长度和混合气体气压的增大而变大,随充电电压的增加而减小;而等离子体功率密度主要取决于充电电压和放电间隙长度,基本不随混合气体气压的改变而变化。在充电电压为26. 8 kV,气压为100 kPa,放电间隙长8 cm的条件下,泵浦源的能量沉积效率约为82%,等离子体功率密度达到了9. 36 MW/cm。实验研究表明:Al_2O_3陶瓷表面放电光泵浦源具有良好的放电特性,较同等条件下聚四氟乙烯表面放电光泵浦源的等离子体功率密度更高,可产生更强的真空紫外辐射,辐射亮度温度大于23 kK。Al_2O_3陶瓷表面放电光泵浦源适用于光泵浦XeF_2气体形成大功率XeF(C-A)蓝绿激光。     

晶体热效应对LD端面泵浦固体激光器优化设计的影响

考虑了激光介质因受热不均匀而引起的热效应对激光器衍射损耗和谐振腔基模尺寸的影响,利用M²因子来描述泵浦光在激光介质中的传播规律,根据泵浦光在激光介质中的有效泵浦体积最小以提高泵浦效率这一判据,给出了含有泵浦光束质量因子M_p²和激光介质参量在内的端面泵浦固体激光器的优化设计曲线,利用这些曲线可方便地指导完成激光器的最佳化参量选择.利用上述理论,对LD端面泵浦光纤耦合输出的Nd:YVO₄激光器进行了研究,实验结果和理论分析相符合.     

双端泵浦固体激光器模匹配问题的实验研究

实验研究了高功率双端泵浦Nb:YVO₄固体激光器的谐振腔与泵浦光束的模匹配问题.实验发现了输出功率随激光在增益介质中模半径与泵浦光斑半径之比的变化规律.在低泵浦功率ω₀/ω_p<1的条件下,激光器输出功率随ω₀/ω_p的变化不敏感.但在高泵浦功率下,输出功率随ω₀/ω_p的减小而增加.ω₀/ω_p存在一个下限,无论泵浦功率的大小,当ω₀/ω_p低于此下限时基横模消失,高阶模出现.这对于高功率端面泵浦固体激光器腔型的设计具有一定的参考价值.     

低气压氙气介质阻挡放电的一维仿真研究

通过建立一个自洽耦合的一维流体模型来描述低气压氙气介质阻挡放电(DBD),并采用有限元法对模型进行数值仿真研究,得到了不同外加电压幅值和频率下的气体间隙压降、放电电流、介质表面电荷随时间的变化关系以及电子、离子、中性粒子和空间电场的时域分布.仿真结果表明:介质表面电荷对放电的点燃与熄灭起着关键的作用;在一个放电周期内,根据气体间隙压降的变化情况,介质表面电荷可按六个阶段进行分析;随着外施电压幅值的增加,间隙击穿逐渐提前至外施电压过零点之前发生,放电更为剧烈;随着外施电压频率的提高,气体间隙压降减小,间隙容易击穿,放电也更加均匀.粒子及空间电场的时域分布表明氙气DBD为典型的辉光放电.     

LaB6在低压强氮气和氦气中的放电特性

 研究了LaB₆在1~10 Pa氮气和氦气中的直流和脉冲放电特性以及放电过程对电极的影响。结果表明，电极直径为5 mm的LaB6氦气放电管在脉冲工作状态下可以长期稳定放电。在脉冲电压为2.2 kV、脉冲宽度10 ms、频率13.3 Hz下，脉冲峰值放电电流超过120 A。氦气放电管在放电过程中，阴极表面有离子的清洗和活化作用，可以使电极的表面逸出功降低，提高放电管的发射能力和稳定性。LaB₆作为气体放电电极具有寿命长、延迟时间短、放电电流大等优点，可用于重复强流脉冲气体放电的高压高速开关器件。     

光泵重水气体产生THz激光的半经典理论分析

从半经典密度矩阵理论出发，采用三能级系统模型对光泵重水气体产生太赫兹激光进行了理论分析，求解得到了脉冲光泵重水气体分子产生太赫兹激光过程中激光信号增益系数G_s和抽运光信号被吸收系数G_p的表达式，通过迭代法对太赫兹激光信号的输出光强进行了数值计算，理论计算得到的频谱特性曲线完全符合受激Raman辐射的频谱特性，即频谱宽度较大、输出光强随抽运失谐量的改变而变化明显等特征.在脉冲激光抽运受激Raman辐射过程中，工作介质D₂O气体分子的偶极矩由于受到抽运脉冲光场的扰动发生变化，在频谱特性曲线中表现为受激辐射THz信号的谱线发生了分裂.理论计算结果与已报道的实验结果能较好地相符.     

用于XeF蓝绿激光器的表面放电光泵浦源

基于Al2O3陶瓷、BN陶瓷和聚四氟乙烯三种基底建立了分段表面放电光泵浦源,对比研究了这三种表面放电光泵浦源的电学特性、辐射特性和烧蚀特性。利用放电波形计算了表面放电光泵浦源的等效电感、等效电阻和沉积效率,应用光谱法比较了它们的紫外辐射强度,并采用平均线烧蚀率评估了三种泵浦源的耐烧蚀性能。通过比较研究发现,在充电电压为13.5~26.8kV、间隙长度为8cm、放电室内混合气体气压为100kPa条件下,三种泵浦源中Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源的沉积效率最高,大于82%;辐射光谱具有紫外增强效应,紫外辐射最强;平均线烧蚀率最小(小于0.15μm/shot),耐烧蚀性能最好。研究结果表明采用Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源作为大功率重频XeF蓝绿激光器的泵浦源,可提高XeF蓝绿激光器的寿命。     

多通道表面放电光泵浦源触发特性研究

 介绍了多通道表面放电光泵浦源的设计，理论分析了触发电压幅值及上升时间、绝缘基板厚度等参数对所设计光泵浦源触发特性的影响。分析表明：在触发电压作用下，通道两电极处电场出现强烈畸变，而通道中间电场基本为零。采用高速相机拍摄泵浦源的放电图像以及电流线圈测量各通道的放电电流这两种方法实验研究了泵浦源的同步性及放电均匀性。当氮氩混合气体总气压为0.1 MPa (氮氩体积比为3∶7)，充电电压20 kV，触发电压30 kV，前沿约10 ns时，成功实现了10通道均匀放电，抖动约20 ns。实验结果表明：在保证放电装置绝缘良好的情况下，若充电电压和触发电压越高，触发电压上升时间越短，触发电极至通道的有效距离越短，则多通道放电的抖动就越小，放电均匀性越好。     

紧凑的非链式脉冲HF激光器

研究了气体组分和峰化电容对紫外光预电离脉冲HF激光器性能的影响.实验发现最佳气体混合比为SF₆/C₂H₆=20:1,峰化电容和主放电电容的最佳比为C_p/C_s=0.3,在最佳气体混合比时,最大激光脉冲峰值功率和对应的总气压随充电电压的提高而增大.同时得到了E/P值和激光能量的关系.整个器件的最大激光输出为400mJ,脉冲峰值功率为1.5MW,最大电光转换效率约为2.2%.     

表面放电等离子体产生冲击波特性

采用压力传感器,分析XeF(C→A)激光器高电压表面放电光泵浦方式不同位置、不同放电电压条件下冲击波特性。研究结果表明,表面放电等离子体膨胀产生的冲击波持续时间为ms量级,在冲击波过后伴随有相对较弱的压力波。随着充电电压增加,放电过程释放能量增多,冲击波峰值压强也变大,最大压强可达1 MPa,同时冲击波峰值延后,冲击波持续时间变长。     

流气条件下表面放电光泵浦源重复频率运行的稳定性

以高纯度Al2O3陶瓷作为放电基底,研制了重复频率表面放电光泵浦源模块,详细地讨论了流气条件下泵浦源的放电抖动和辐射强度波动,并采用高速相机拍摄了泵浦源的放电等离子体图像,研究了等离子体的空间稳定性。研究发现:在流气状态下,泵浦源的重复频率为1～5 Hz时,泵浦源的放电抖动与放电等离子体的空间稳定性受充电电压和气体流量的影响较大,随运行频率的变化较小;辐射强度波动主要与充电电压相关,基本不受气体流量和重复频率变化的影响;在大流量条件下,提高充电电压,可以有效降低混合气体流动对泵浦源放电抖动的影响,减小辐射强度波动,改善放电等离子体的空间重复性;当充电电压达到26.8 kV时,气流量在60～300 L/min范围内,泵浦源的放电抖动可以小于45 ns,辐射强度波动小于2%,放电等离子体有很好空间稳定性。研究结果表明该表面放电光泵浦源模块在流气条件下具有良好的重复频率运行稳定性。     

气体介质对多间隙气体开关电晕均压与自击穿特性的影响

快脉冲直线变压器型驱动源(FLTD)是近年来快速发展的新型脉冲功率源技术,多采用多间隙气体开关作为开关器件。电晕均压措施有利于提升开关击穿性能,但不同气体中电晕放电有显著区别。本文首先研究了空气中针电极对单间隙电晕放电特性的影响,确定了电晕针电极的尺寸,之后研究了N2,CO2,SF6/N2混合气体、C4F7N/N2混合气体中的电晕放电特性,研究了电晕均压6间隙气体开关击穿电压及其稳定性随气体种类和气压的变化规律。实验结果表明,N2中电晕电流较大且不稳定,空气中电晕电流比N2中低,且电晕放电较为稳定,微量强电负性气体加入会极大降低电晕放电电流。当采用空气和N2作绝缘介质时,气体开关击穿电压随气压升高线性增加,但存在低值击穿,微量强电负性气体混合N2可显著提升击穿电压的稳定性。1%SF6/99%N2混合气体在0.18 MPa时,击穿电压约为197.33 kV,标准偏差占击穿电压比例为1.50%,1%C4F7N/99%N2混合气体在0.15 MPa时,击穿电压约为190.42 kV,标准偏差为0.55%。这表明,微量环保替代气体C4F7N与N2的混合气体对于提升多间隙气体开关击穿电压稳定性有显著作用。     

Gas spark switches with increased operating life for Marx generator of lightning test complex

A new design of gas spark switches with an increased operating life and stable dynamic characteristics for the Marx generator of the lightning test complex has been developed. The switches are characterized by the following parameters in the mode of operation: voltage up to 80 kV, discharge current up to 50 kA, flowing charge up to 3.5 C/pulse. An increased operating life is achieved by using torus-shaped electrodes with increased working surface area and a trigger electrode in the form of a thick disk with a hole located between them. Low breakdown delay time and high stability of breakdown voltage under dynamic conditions are provided by gas preionization in the spark gap using UV radiation of an additional corona discharge in the axial region.     

介质阻挡放电系统中超四边形斑图形成的实验研究

采用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体放电中,对超四边形斑图的形成进行了实验研究.发现随着外加电压的升高,斑图类型经历了四边形斑图、准超点阵斑图、超四边形斑图、条纹斑图或六边形斑图的演化顺序.对这些斑图进行了傅里叶谱分析,得到了空间模式随电压的变化关系.此外,在外加电压升高的过程中,出现了具有不同空间尺度的两种超四边形斑图,它们满足不同的驻波条件.分析了壁电荷在超四边形斑图形成中的作用.实验测量了斑图类型随气隙间距和外加电压变化的相图以及超四边形斑图随气隙间距和气隙气压变化的相图.测量了击穿电 关键词： 介质阻挡放电 斑图 壁电荷 放电参量     

焦耳量级光抽运XeF蓝绿激光器

阐述了焦耳量级XeF(C-A)激光器的总体设计及抽运源辐射能力的测试方法,分析了XeF(C-A)激光特性参量与XeF2初始浓度、输出透过率以及气体成分之间的关系。抽运源采用紧凑型结构,有效地减小了放电回路面积,使回路电感降低到330nH,从而使放电沉积效率达到74%,抽运源平均沉积功率密度达到12MW/cm。利用分幅相机拍摄了XeF2光解离波并对抽运源辐射能力进行了诊断,抽运源辐射在140~170nm波段的光子出射通量达到5×1023s-1.cm-2,辐射亮度温度高于25kK。激光器有效激活长度80cm,采用平凹谐振腔,激光器获得了稳定的焦耳级能量输出,最大输出能量2.5J,总转换效率0.1%,激光脉宽约为700ns。     

托卡马克装置的击穿条件

在CT-6B托卡马克实验装置上研究了充气气压、环向磁场、杂散磁场、环电压等放电条件对击穿的影响。发现垂直方向和水平方向的杂散磁场对击穿影响不同。指出实验结果与汤生放电模型的偏离。用Monte-Carlo方法解出击穿阶段电子分布函数,对汤生模型公式作出修正。 关键词：     

大气压氩气介质阻挡辉光放电的一维仿真研究

为了研究氩气(Ar)中介质阻挡大气压辉光放电(APGD)的放电机理, 通过建立一个一维的多粒子自洽耦合流体模型, 采用有限元方法进行数值计算, 得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形, 以及电子、离子、亚稳态粒子密度和空间电场强度的时空分布. 仿真计算结果表明：介质表面积聚的电荷对于放电的过程的起始及熄灭具有重要作用;当增大外施电压时, 放电击穿时刻提前, 放电电流密度和介质表面电荷密度峰值增大, 表明放电过程更加剧烈;随着阻挡介质相对介电常数的增大, 放电电流密度也随之增大. 各粒子密度及电场的时空分布表明放电过程在外施电压半个周期中只有一次放电, 且存在明显的阴极位降区、负辉区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域, 为大气压辉光放电(APGD).     

Investigation of a single dielectric barrier discharge in submillimeter air gaps: Uniform field

The characteristics of a single discharge in 0.01–0.2-cm air gaps are investigated under atmospheric pressure between the metal electrodes and in the presence of a polymer barrier on one of the electrodes. The experimentally determined surface charge density distributions are satisfactorily described by a 2D Gaussian function with the proposed parameters. In the uniform field, the breakdown voltage weakly depends on the presence of a dielectric barrier. At the same time, the change from the positive to negative polarity of the metal electrode leads to a manifold increase in the discharge current and in the surface charge. The breakdown occurs under considerable overvoltage; the estimates indicate the streamer mechanism of the breakdown.