激光触发多级多通道开关触发延迟及其抖动特性

 研究了激光触发多级多通道开关的触发延迟时间及其抖动与激光脉冲能量等实验参量的依赖关系，建立了零维数值模拟模型对实验现象进行了理论解释。实验结果表明：触发延迟时间及其抖动随激光脉冲能量、工作电压、气压上升呈下降趋势；随SF₆-N₂混合气中SF₆体积百分含量上升呈上升趋势。欠压比大于等于90%时200kV原理型激光触发多级多通道开关触发延迟时间抖动小于1ns。     

4 MV激光触发多级多通道开关特性

报道了4 MV激光触发多级多通道开关的结构设计和初步的实验结果及分析。该开关采用轴向聚焦触发方式，设计为匀场结构，采用场调整环与匀压环调整开关间隙电场分布，电极-绝缘子序列采用堆栈结构替代榫接结构，独立定位、紧固。实验结果表明:4 MV激光触发多级多通道开关的自击穿电压偏差小于5%，自击穿电压与工作气压呈良好的线性关系；触发延迟时间约25 ns，极差小于±2.5 ns，抖动1.5 ns；等工作电压-气压比条件下，随着气压和工作电压的上升触发延迟时间及其抖动趋向下降。     

4 MV激光触发多级多通道开关特性

 报道了4 MV激光触发多级多通道开关的结构设计和初步的实验结果及分析。该开关采用轴向聚焦触发方式，设计为匀场结构，采用场调整环与匀压环调整开关间隙电场分布，电极-绝缘子序列采用堆栈结构替代榫接结构，独立定位、紧固。实验结果表明：4 MV激光触发多级多通道开关的自击穿电压偏差小于5%，自击穿电压与工作气压呈良好的线性关系；触发延迟时间约25 ns，极差小于±2.5 ns，抖动1.5 ns；等工作电压-气压比条件下，随着气压和工作电压的上升触发延迟时间及其抖动趋向下降。     

激光触发多级多通道开关研究

研制成功了触发延迟时间抖动小于1ns的200kV原理型激光触发多级多通道开关，该开关由Bruce剖面型不锈钢电极构成的激光触发间隙和5-9级冰壶型不锈钢电极构成的等间距环形过压自击穿隙组成。采用了四倍频Nd：YAG激光器为触发源，研究了开关触发延迟时间及其抖动与激光脉冲能量、工作电压、气体种类及气体压强等实验参数之间的依赖关系。     

GW级纳秒脉冲源激光触发同步实验

结合GW级纳秒脉冲源建立了实验平台,研究了激光触发开关的延迟时间及其抖动与激光能量、工作电压、激光波长、透镜焦距等参数的关系。结果表明:开关延迟与抖动随激光脉冲能量的上升、工作电压的上升而逐渐减小;采用紫外光得到的开关延迟与抖动小于相同条件下红外光得到的结果;在高气压小间隙开关条件下,采用小的透镜焦距可以得到更小的开关延迟与抖动。开关在自击穿电压220 kV、欠压比为80%、采用7 mJ,266 nm 波长激光时的抖动为0.3 ns,在此条件下进行了两台脉冲源的同步实验,得到其同步偏差85%置信率小于0.3 ns。     

激光触发SF6-N2混合气体开关的数值模拟

 在气体放电物理的基础上，对SF₆和N₂采用双光子电离模型，对碳氢化合物的光电离采用3能级模型，并考虑了混合气体的热电离和激光对气体的欧姆加热作用，建立了激光触发SF₆-N₂混合气体开关的数值模型，模拟了激光触发SF6-N2混合气体多级间隙开关实验。激光触发延迟时间的计算值与实验结果符合较好。理论计算表明：激光触发SF₆-N₂混合气体间隙开关的延迟时间随SF₆含量的增加呈上升趋势，而随激光脉冲能量、充气压力等的上升呈下降趋势。     

触发电压对±100 kV多级多通道开关性能的影响

研制了一种用于快脉冲直线型脉冲变压器的±100 kV多级多通道火花开关,研究了触发电压极性、幅值对多级多通道火花开关触发性能的影响,分析了不同触发电压下开关各部分延时及抖动。研究结果表明:触发电压的极性对双极性多级多通道火花开关触发性能影响较小;开关的触发放电延时和抖动随着触发电压的增大而减小。进一步分析了多级多通道火花开关的触发击穿模式以及影响开关击穿延时和抖动的主要因素,提出了减小开关触发击穿延时及抖动的技术途径。     

一种同轴低电感低抖动多级多通道气体开关

 研制了一种触发电极位于放电通道之外、间隙电极为环状不锈钢弹簧的同轴多级多通道气体开关。该开关通过分布电容耦合实现触发，利用多间隙串联减小抖动，利用弹簧不同匝之间电感隔离形成多通道放电。实验表明：该开关触发可靠、电感低（～20nH）、抖动小（～3ns）、触发特性稳定。     

触发电压对±100 kV多级多通道开关性能的影响

 研制了一种用于快脉冲直线型脉冲变压器的±100 kV多级多通道火花开关,研究了触发电压极性、幅值对多级多通道火花开关触发性能的影响,分析了不同触发电压下开关各部分延时及抖动。研究结果表明：触发电压的极性对双极性多级多通道火花开关触发性能影响较小;开关的触发放电延时和抖动随着触发电压的增大而减小。进一步分析了多级多通道火花开关的触发击穿模式以及影响开关击穿延时和抖动的主要因素,提出了减小开关触发击穿延时及抖动的技术途径。     

开关触发延迟时间和抖动测量的不确定度分析

为明确脉冲功率装置开关触发延迟时间和抖动测量的可信度,进行了不确定度评定。使用拟合的线性关系式结合示波器水平分辨力导致的不确定度建立开关延迟时间不确定度的数学模型;根据抖动的定义建立抖动的测量不确定度数学模型。两者均按B类不确定度评定。以相关实验数据为基础计算了各个不确定度分量、合成标准不确定度以及扩展不确定度。按工程测量要求置信概率为95%,取包含因子为2,可得初级实验平台(PTS)单路样机激光触发开关触发延迟时间测量的扩展不确定度为0.38 ns;抖动测量的扩展不确定度为0.13 ns。延迟时间和抖动测量结果的不确定度满足实验分析的要求。     

SF6-N2混合气激光触发延迟抖动特性研究

 研究了SF₆-N₂混合气在四倍频Nd:YAG激光脉冲作用下的触发特性。实验结果表明：充SF₆-N₂混合气的火花隙的触发延迟和抖动、最低可触发阈值随充气压力及混合气中SF₆含量上升而上升，随激光波长减小而减小，火花隙的触发延迟和抖动随焦距的减小而减小。由于SF₆-N₂混合气的介电强度、触发延迟和抖动与混合气中SF₆含量之间均存在非线性关系，作为开关工作介质，SF₆-N₂混合气的综合性能较好的SF₆含量范围是5%～45%。     

200kV/100kA低抖动环轨式多通道场畸变开关

 研制了一种200kV/100kA环轨式场畸变开关。对该开关以Ar，N₂，SF₆及SF₆/N₂，SF₆/Ar 混合气为工作介质的耐压及触发性能研究结果表明：该开关耐压最大偏差小于自击穿电击的4%；欠压比大于等于自击穿电击80%时，抖动极差小于2ns，标准方差抖动小于等于1ns；实现了多通道导通，通道数大于等于3；开关工作范围极大，在欠压比大于等于自击穿电击20%时抖动极差小于2.85ns。     

光纤延迟多道分析测量脉冲激光激发时间分辨光谱

报道应用多通道光纤延时耦合结合二维CCD阵列探测, 实现瞬态脉冲激光激发光谱时间分辨测量的方法和技术. 多光纤延时耦合器由五条不同长度的石英光纤组成, 每一光纤之间的长度差为1～2 m(相对延时为 5～10 ns), 光学多道分析器为OMA-4. 使用上述方法和装置实现了脉冲激光激发R6G染料激光光谱、脉冲激光激发丙酮(Acetone)的受激拉曼散射光谱以及脉冲激光激发金属样品所产生的等离子体光谱的时间分辨多道测量, 时间分辨率达到5 ns.     

不同气体环境下532nm激光诱导硅表面形貌的研究

研究了在不同气体环境下,利用532nmNd：YAG纳秒脉冲激光累积辐照单晶硅表面形成的微结构,结果表明,在其他条件相同,背景气体不同的情况下,背景气体对硅表面形貌的形成起着重要的作用。具体分析了真空、N2和SF6 3种环境气氛下形成的微结构,结果显示,在sF6中形成的锥形微结构的数密度比在N2和真空中的大,并且锥形具有更大的纵横比;在N2、真空和sF6中形成的微结构尺寸依次减小。sF6气氛下,激光辅助化学刻蚀的效率比在真空和N2气氛中的高。另外,辐照区域边缘有波纹微结构形成,分析认为,该微结构的形成是由表面张力波的冷却导致的。     

纳秒强激光场中甲醇光电离产生高价离子的研究

利用25ns脉冲Nd YAG 532nm的激光，在1011 W·cm-2的光场强度下，利用飞 行时间质谱对He, N2, Ar载气条件下甲醇的激光电离过程进行了研究.发现当利用氩作为 载气时，除观察到一般多光子电离所产生的离子和碎片离子外，还观察到很强的Cq+(q=2-4)和Oq+(q=2—4)高价离子.这些离子都有很高的平动能，通 过改变载 气种类和压力以及使用不同延迟条件的脉冲电场的实验，可以认为这些高价离子来源于含甲 醇团簇的库仑爆炸过程.这些实验结果为发展库仑爆炸理论研究提供新思路. 关键词： 甲醇 纳秒激光 高价离子 库仑爆炸     

一种新颖的超结构光纤Bragg光栅梳状滤波器的设计

报道一种新颖的用于多波长光纤激光器的超结构光纤Bragg光栅（SFBG）梳状滤波器，其突出特点是仅由单个光栅构成、折射率调制和局部啁啾富于变化、反射峰均匀性好、窄带宽和标准的信道间隔.采用基于LP算法的IS光纤光栅设计技术，将整体加窗切趾法改进为各信道独立加窗切趾，成功地设计出所需的SFBG，同时对SFBG的制作技术也进行了探讨.用传输矩阵法分析反射谱、时延曲线和群时延抖动.结果表明，所设计的SFBG满足各项设计指标要求，在DWDM系统中，这种新颖的SFBG可望成为用于多波长光纤激光器的最理想的高性 能梳 关键词： 超结构光纤Bragg光栅 光栅设计 梳状滤波器     

Visible superfluorescence from optically pumped europium atoms

We have observed superfluorescence (SF) on five atomic transitions at visible wavelengths 633.58, 635.00, 640.09, 640.61 and 736.22 nm in Doppler broadened gas of europium (Eu) atom. The nanosecond SF pulses were observed by longitudinally pumping Eu vapor column with a pulsed dye laser to upper states 4f⁶5d6s², ⁸D_7/2at 346.79 nm and 4f⁷5d6p, ¹⁰F_5/2at 348.73 nm from the ground state 4f⁷6s², ⁸S_7/2. High optical conversion efficiency ≈10% was measured for these SF transitions. Our experiment deals with the large sample multilevel SF in the regime where the length of the excited column L is greater than the maximum value of the Arecchi-Courtens length (L_c). The observed variation of SF peak intensity (I_fl) and time delay for SF evolution (τ_D) with number of atoms in the excited state (N) resemble theoretically predicted SF scaling laws for transverse excitation, namely I_fl∝N and t_D μ 1/?N\tau_D \propto 1/{\sqrt N} although the experimental condition is similar to the swept excitation. This could be due to the Rabi frequency associated with the pump transition which is comparable to the SF delay time precluding the initiation of SF at different times along the sample and results in transverse (instantaneous) excitation. The experimental τ_D values were found to be in agreement with the quantum mechanical calculations describing SF.     

Laser Interferometric Measurements of a Laser-Preionization-Triggered Spark Column

A KrF laser (248 nm) is used to volume preionization trigger a 40-100-kV, > 10-kA, 100-ns spark gap switch. This method of triggering creates reproducible and axisymmetric spark columns having low temporal and spatial jitter. A short pulse (< 5 ns) tunable dye laser and a Mach-Zehnder interferometer are used to obtain spatial and temporal measurements of the spark column. The spatial resolution of the interferograms is better than 5 ?m. The fringe shifts of the interferograms are used to calculate the electron and heavy particle density distributions within the spark column as a function of time during the spark. Results are presented for sparks in 5-percent SF6/ 20-percent N2/75-percent He and 1-percent Xe/99-percent H2 gas mixtures. Dc and pulsed self-breakdown voltages are also measured in order to provide a reference for the laser-triggered results. Data on laser-triggering reliability and spark breakdown delay time are also presented.     

UV-Laser Triggering of 2.8-Megavolt Gas Switches

We are investigating the use of a low-divergence (100, ?rad) KrF laser to trigger 2.8-MV gas switches for lage pulsed-power systems. Using less than 0.1 J of laser energy, we have demonstrated subnanosecond-jitter triggering (1?) of these switches, which are insulated with pure SF6, at voltages between 75-90 percent of the self-breakdown voltage of the switch. The time delay between the laser pulse and the switch closure is relatively insensitive to variations in voltage, with delay changing by as little as 1.5 ns between 80-90 percent of the self-breakdown voltage. We also present parametric studies of laser triggering using lenses with different focal lengths at various input laser energies.