气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性的影响

环境气体的压强对激光诱导等离子体特性有重要影响.基于发射光谱法开展了气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性影响的研究,探讨了气体压强对空气等离子体发射光谱强度、电子温度和电子密度的影响.实验结果表明,在10-100 kPa空气压强条件下,空气等离子体发射光谱中的线状光谱和连续光谱依赖于气体压强变化,且原子谱线和离子谱线强度随气体压强的变化有明显差别.随着空气压强增大,激光击穿作用区域的空气密度增加,造成激光诱导击穿空气几率升高,从而等离子体辐射光谱强度增大.空气等离子体膨胀区域空气的约束作用,增加了等离子体内粒子间的碰撞几率以及能量交换几率,并且使离子-电子-原子的三体复合几率增加,因此造成原子谱线OⅠ777.2 nm与NⅠ821.6 nm谱线强度随着气体压强增大而增大,在80 kPa时谱线强度最高,随后谱线强度缓慢降低.而离子谱线N Ⅱ 500.5 nm谱线强度在40 kPa时达到最大值,气体压强大于40 kPa后,谱线强度随压强增加而逐渐降低.空气等离子体电子密度均随压强升高而增大,在80 kPa后增长速度变缓.等离子体电子温度在30 kPa时达到最大值,气体压强大于30 kPa后,等离子体电子温度逐渐降低.研究结果可为不同海拔高度的激光诱导空气等离子体特性的研究提供重要实验基础,为今后激光大气传输、大气组成分析提供重要的技术支持.     

强耦合腔-QED系统中原子的纳秒脉冲激发光谱研究

本文在多原子强耦合腔-QED系统中,利用脉冲宽度为5 ns的强脉冲光在垂直于腔轴方向直接激发原子,脉冲的峰值功率为40 mW,通过光学腔观测激发原子辐射到腔中的光子获得相应的激发光谱。我们发现当光场频率和原子跃迁失谐±80 MHz时原子激发率达到最大,而在共振时原子激发被抑制。我们建立了脉冲光与三能级原子相互作用的模型,通过缀饰态能够解释此现象。     

十二烷基苯中有机玻璃和尼龙的纳秒脉冲沿面闪络特性

为了揭示十二烷基苯中绝缘材料沿面闪络的发展过程,并研究有效提高脉冲功率装置绝缘爬电距离的方法,通过实验对不同脉冲前沿、不同电场形式下有机玻璃和尼龙6在负脉冲电压下的沿面闪络电压进行了测量。结果发现:随着脉冲陡度的增加,沿面闪络电压增大;随着沿面距离的增大,闪络电压升高,但闪络场强降低;电场越不均匀,越容易发生闪络,并且在极不均匀场中,闪络距离较大时,闪络电压随沿面距离的增长趋势变缓,出现了明显的拐点。研究认为,液体介质中的沿面闪络与真空中的沿面闪络具有相似的闪络机制,沿面闪络是在气化的通道内完成的。     

金属表面镀高分子膜对真空击穿阈值的影响

探索提高金属表面真空击穿阈值的方法，对脉冲功率技术的发展和应用具有重要意义。在金属表面电子发射理论分析的基础上，采用有限元法计算阴极杆表面电场随二极管电压的变化规律，设计了实验系统，并开展了实验研究。实验对比了在脉宽约30 ns、阴极杆与阳极筒间隙12 mm时，钛合金TC4阴极杆在不同种类高分子膜（膜厚30～60 μm）下真空击穿阈值的变化情况。在表面粗糙度R_z（轮廓最大高度）为0.8 μm的TC4阴极杆表面分别镀环氧树脂膜和丙烯酸膜，实验结果表明，镀丙烯酸膜阴极杆的击穿阈值约505 kV/cm，相对于不镀膜阴极杆，击穿场强提高了约20.6%；在表面粗糙度R_z为0.2 μm的TC4阴极杆表面分别镀聚酰亚胺膜和聚醚醚酮膜，实验结果表明，镀聚酰亚胺膜阴极杆的击穿阈值为584 kV/cm，相对于不镀膜阴极杆，击穿场强提高了约28.1%。因此，在金属表面镀丙烯酸膜、聚酰亚胺膜可以有效提高金属表面的真空击穿阈值。     

Impacts of air pressure on the evolution of nanosecond pulse discharge products

Based on the nonequilibrium plasma dynamics of air discharge, a dynamic model of zero-dimensional plasma is established by combining the component density equation, the Boltzmann equation, and the energy transfer equation. The evolution properties of nanosecond pulse discharge (NPD) plasma under different air pressures are calculated. The results show that the air pressure has significant impacts on the NPD products and the peak values of particle number density for particles such as O atoms, O3 molecules, N2(A3) molecules in excited states, and NO molecules. It increases at first and then decreases with the increase of air pressure. On the other hand, the peak values of particle number density for N2(B3) and N2(C3) molecules in excited states are only slightly affected by the air pressure.     

纳秒脉冲下聚合物电树枝引发实验方法

 借鉴直流、交流的研究经验,比较了纳秒脉冲条件下几种不同的电树枝老化实验方法。对单针-板电极和多针-板电极在纳秒脉冲下实验结果的一致性进行考察,结果表明,多针-板电极系统可以在提高实验效率的同时保证结果的准确性。采用步进法和累加法进行了不同频率下聚苯乙烯电树枝引发实验,结果表明:两种方法得到的纳秒脉冲下聚苯乙烯电树枝引发电压-频率特性基本一致,在50~500 Hz范围内,引发电压随频率的升高而降低;在500~800 Hz范围内,引发电压随频率的升高而增加。最后讨论了对于不同脉冲功率装置中绝缘材料老化试验设计的方法。     

飞秒和纳秒脉冲作用下等离子体X射线辐射特性

对飞秒和纳秒激光作用下的Ａｌ和Ｃｕ等离子体的Ｘ射线辐射进行了测量，分析和比较。实验结果表明在飞秒激光脉冲下等离子体Ｘ射线峰值向短波方向移动。     

介质阻挡放电等离子体辅助氨制氢研究

在介质阻挡非平衡等离子体放电过程中,通过在电极两端施加电压,流经放电区域的气体被击穿,产生高能电子和激发态组分。这些活性粒子与气体分子发生非弹性碰撞引起分子的电离或离解,促进燃料的转化。本文主要从稀释气体、脉冲电压和燃料浓度三个方面进行研究,探讨不同稀释气体对放电过程中电流和反应区温度的影响、脉冲电压和燃料浓度变化时氨气的转化率及氢气生成的变化规律。     

一级Marx压缩的高稳定纳秒脉冲电源的设计

针对目前缺乏标准纳秒高压脉冲电源的现状,开展高稳定性纳秒高压脉冲电源回路分析、结构设计及性能测试研究。通过建立纳秒脉冲发生器等效电路模型,仿真计算获得5级初级脉冲发生电路参数,以及一级压缩陡化间隙对纳秒脉冲特性的影响规律。通过纳秒高压脉冲电源结构设计及低抖动电晕稳定开关特性研究,建立高稳定输出的纳秒脉冲电源系统。研制纳秒电阻分压器,建立基于ns及μs量级传递校准测试相结合的刻度因数标定方法,准确获得纳秒电阻分压器的刻度因数。脉冲电源输出特性测试结果表明：纳秒脉冲电源系统可以输出上升时间2.3 ns±0.5 ns、幅值范围10～60 kV的指数纳秒脉冲;输出脉冲电压在全幅值范围内的相对标准偏差不大于±1.5%。