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。     

基于螺旋线强流电子束加速器初级能源的初步研究

对基于螺旋线的强流电子束加速器的初级能源系统进行了初步的研究,该系统由恒流充电机、低电感高压脉冲电容器、触发场畸变开关和电感保护系统等组成,能够使加速器的变压器初级获得电压幅值为40kV、电流幅值为80kA、脉宽为8μs的高压脉冲,并且能够在5Hz的重复频率下工作.该初级能源系统已经应用在基于螺旋线的强流电子加速器上,具有体积小、效率高、运行稳定可靠等特点.     

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。     

玻璃陶瓷Blumlein线的传输特性

研究了以不同电极宽度的玻璃陶瓷平板传输线所搭建的Blumlein线传输特性。为获得高压快脉冲输出,实验采用了正失配负载以及通过激光二极管触发的高工作场强光导开关。在几种不同电极宽度的平板Blumlein脉冲形成线实验中获得了具有平顶的脉宽9ns的高压脉冲,脉冲幅值可达20kV以上;由于开关偏置电压较低,导致开关内阻变大,输出效率变低。     

一种多组电极的高功率多脉冲气体开关

 设计了一个有3组电极的开关，给出了开关的结构，分析了多组电极共存的可行性和开关内的电场，利用通用电路模拟软件对通过开关的电流进行了计算。此开关在单组电极导通时，耐电压约为50kV，电流100kA以上，电流脉宽约20μs；在间隔1ms，脉宽为μs级的预触发脉冲触发下，开关能在电感负载中产生间隔为1ms的3个电脉冲，实验测得平均峰值电压约38kV，电流约100kA，脉宽约20μs。     

带反偏置的双路高压脉冲电源的研究

通过调节反向偏置电压可以改善电场渗透对质谱仪的影响,提高质谱仪的分辨率。为了满足质谱仪对脉冲电场的不同要求,提出了一种可以同时输出两路极性相反脉冲电场的脉冲电源,且高压正脉冲叠加幅值可调的直流负偏置电压。该电源只需一个充电源便可以产生正负两路脉冲电场。分析了串联开关同步驱动效果,随后通过增加补偿绕组和并联电阻优化了串联电容的分压不均的问题,并验证一个磁芯加多个副边绕组的方案可进一步降低充电电压不均。最终实现了4个电容器的充电电压与平均电压相差不超过0.1%。搭建了一台4级的电源样机,实验表明,其可以在容性负载上产生一路幅值为0～1.5 kV、脉宽为2～10μs可调的高压正脉冲且叠加幅值为0～-200 V的反向偏置电压,和一路幅值为0～-1.5 kV、脉宽为2～10μs可调的高压负脉冲,频率高达10 kHz,正负脉冲的前沿均小于30 ns,脉冲波形平稳。该脉冲电源结构紧凑,并且输出电压、脉宽、频率均连续可调。     

利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究

为了克服采用传统机械方法开采海底富钴结壳时破碎头易磨损、效率低以及贫化率高等缺点，通过试验方法研究了一种利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的新技术。采用12级全固态Marx电路和半导体开关IGBT研制了高压脉冲电源，该电源可产生负高压方波脉冲，其上升沿上升时间约100 ns，最高幅值可达40 kV，脉宽可调。破碎方式采用针针电极并与岩石同侧表面紧密接触。为了使两电极与岩石同侧表面接触的部位电势尽可能高，采用不锈钢针作为正、负电极，且电极间距可调。研究发现当电极间距约为3 mm时，该电源产生的幅值约32.5 kV的高压脉冲可在高压油中的砂岩内部形成等离子通道并破碎砂岩。放电既可发生在高压脉冲上升沿阶段，也可发生在上升沿上升时间之后。从放电过程中的电压电流波形来看，等离子通道回路中有电流时其两端存在明显的压降，因此等离子通道具有阻性，而且阻值在放电过程中是变化的。     

200 kV/200 kA脉冲源的研制

研制了一台200 kV/200 kA脉冲源,脉冲源由初级储能单元、水介质整形与传输单元、气体开关和负载组成。通过优化设计由2 到1 的水介质变阻抗线、高压气体主开关和陡化开关,使得脉冲功率源在匹配负载下产生输出电压200 kV、电流200 kA、前沿40 ns、脉宽40 ns的高压脉冲。在此脉冲源平台上已开展了低阻抗1 二极管发射特性研究,并且将在高压气体开关、同步触发、二极管等离子体发射诊断等方面发挥作用。     

高压超快三角波脉冲的产生

本文讨论了使用高压功率晶体管作为开关器件研制的高压超快速斜坡脉冲发生器.得到的脉冲幅值为±1kV,上升时间为10ns,大大提高了脉冲电路的耐大电流冲击性.利用开关器件可耐大电流冲击的特点合成了三角波脉冲,三角波脉冲半宽为10ns左右,通过改变电路参量可得到不同的半宽.     

用于等离子体焦点装置的强流装置

研制了用于稠密等离子体焦点的强流装置,该装置采用八台低电感低内阻脉冲电容器和八个低感大电流、可控触发高压开关并联组成初级储能模块,高压开关同步击穿后产生μs级强电流经平行板传输线加载到负载。脉冲电容器和高压开关采用一体化设计,结构紧凑,使脉冲电容器与高压开关间的连接电感尽可能小;平板传输线为扇形结构,一个扇形平板传输线连接一个高压开关,平行板传输线可以将电感做得较小,有利于大电流回路的传输。在脉冲电容器充电20 kV时,假负载上可以得到500 kA的电流,电流上升时间约为3.7 μs。     

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。     

超宽带近红外和蓝光飞秒激光脉冲产生的实验研究

增益介质中泵浦光束提供的软光阑效应对于实现克尔透镜稳定锁模及其超宽带光谱脉冲的产生具有非常重要的作用.实验上首先对半导体泵浦全固化钛宝石飞秒激光器的锁模动态特性进行了研究,在4 W绿光泵浦状态下获得了平均输出功率为570 mW、中心波长在794 nm～835 nm范围内调谐、光谱带宽最大可达135 nm的近红外光脉冲输出,其相应的时域变换极限脉冲宽度均小于10 fs.另外,将光束聚焦在超薄BBO晶体上,获得了中心波长在418 nm～429 nm之间调谐、光谱宽带时域变换极限小于15 fs的蓝光飞秒脉冲.     

驱动等离子体电极电光开关脉冲发生器研究

主要介绍用电缆脉冲成形、场畸变开关控制脉冲输出的等离子体电极电光开关驱动脉冲发生器的实验．着重阐述了场畸变开关工作参数对输出脉冲的影响．以及输出脉冲破形的改善．最后给出了实验结果．     

高功率窄脉宽半导体激光激励器设计

为了获得高功率窄脉宽半导体激光,设计了半导体激光器相应的激励单元,论述MOSFET作为高速开关的工作机理,分析基于MOSFET作为高速开关产生窄的大电流脉冲的电路模型.为了使MOSFET开关速度尽可能快,根据前述分析,提出推挽式MOSFET栅极驱动方式并设计了触发窄脉冲的发生电路.当激光二极管接入放电回路时,实验表明:激光二极管输出光的峰值功率可达67.5 W,脉宽约为20 ns.最后,简要分析了影响光脉冲宽度的因素.     

电子束激励KrF激光放大器稳定运行的重要技术问题

 介绍了用于天光一号高功率氟化氪(KrF)准分子激光系统中的电子束双向激励主放大器稳定运行中必须解决的一些重要技术问题：水介质脉冲传输线中的绝缘支撑击穿问题；大面积电子束二极管阳极膜的安装；与压力膜接触处Hibachi筋的形状；二极管后脉冲的形成及其对阳极膜和阴极发射体造成的损害等问题。还着重描述了主开关导通时刻对二极管后脉冲的影响及最佳导通时刻的确定。     

300 kA直线型变压器驱动源模块实验研究

介绍了14支路并联的300 kA百ns直线型变压器驱动源单级模块的结构和关键部件。模块通过采用双端引出电极电容器以及小型多间隙串联气体火花开关,可以并联更多的支路数,减小回路电感,提高储能密度;通过采用非晶磁芯,减小磁芯损耗,提高模块耦合效率。实验研究了初级气体开关工作系数对模块输出的影响,实验结果表明:模块开关电压工作系数达到0.7,多间隙串联开关才能较好同步放电;给出了快直线型变压器模块的初步调试实验结果,在模块充电90 kV,开关气压0.32 MPa情况下,匹配负载电流峰值可达到302 kA,上升时间约100 ns,负载上获得的峰值功率为23 GW。     

Generation of 15 W femtosecond laser pulse from a Kerr-lens mode-locked Yb:YAG thin-disk oscillator

We demonstrated a robust power-scalable Kerr-lens mode-locked(KLM) operation based on a Yb:YAG thin-disk oscillator.15-W,272-fs pulses were realized at a repetition rate of 86.7 MHz with an additional Kerr medium and a 2.5 mm hard aperture in the cavity.247-fs pulses with an average power of 11 W could also be obtained by using a 2.4 mm hard aperture.Based on this shorter pulse,high efficient second-harmonic generation(SHG) was performed with a 1.7-mm-long Li B3O5(LBO) crystal.The SHG laser power was up to 5 W with the power fluctuation RMS of 1% measured over one hour.     

光纤激光器直接输出的高功率贝塞尔超短脉冲

构建了一种能够直接输出高功率贝塞尔超短脉冲的光纤激光放大器. 该方案基于在光纤端面特殊设计和制备的微型负轴锥镜, 针对常规超短脉冲光纤激光放大系统所设计, 不需要引入其他分立整形器件, 避免了目前基于轴锥透镜产生贝塞尔光束的通用方法所带来的额外烦琐准直工作, 极大简化了产生贝塞尔光束的方法. 其中的微型负轴锥镜由聚焦粒子束刻蚀法在一段掺镱大模场光子晶体光纤的端面制备, 它和光纤激光系统中的固有准直透镜构成了集成化的光束整形器件. 基于数值模拟结果成功搭建的系统与理论设计一致, 直接输出了在米量级具有高度准直无衍射特性的啁啾皮秒贝塞尔超短脉冲波包, 平均功率高达10.1 W, 对应脉冲能量178 nJ, 经过光栅对压缩后脉冲宽度可达140 fs. 关键词： 衍射 超短脉冲产生 光纤器件 光纤激光器     

High power 808 nm vertical cavity surface emitting laser with multi-ring-shaped-aperture structure

The carrier conglomeration effect has been one of the main problems in developing electrically pumped high power vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) with large aperture. We demonstrate a high power 808 nm VCSEL with multi-ring-shaped-aperture (MRSA) to weaken the carrier conglomeration effect. Compared with typical VCSEL with single large aperture (SLA), the 300-μm-diameter VCSEL with MRSA has more uniform near field and far field patterns. Moreover, MRSA laser exhibits maximal CW light output power 0.3 W which is about 3 times that of SLA laser. And the maximal wall-plug efficiency of 17.4% is achieved, higher than that of SLA laser by 10%.