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。     

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。     

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。     

分段表面放电沉积效率研究

利用一种结构紧凑的分段表面放电辐射源模块，详细研究了在不同电压、电容、气压实验条件下回路等效电阻、等效电感及放电能量沉积效率的变化规律，利用四分幅相机拍摄获得了不同实验条件下的放电等离子体通道图像，分析讨论了放电等离子体运动对放电能量沉积效率的影响，提出了提高能量放电沉积效率的有效途径。     

分段表面放电沉积效率研究

 利用一种结构紧凑的分段表面放电辐射源模块，详细研究了在不同电压、电容、气压实验条件下回路等效电阻、等效电感及放电能量沉积效率的变化规律，利用四分幅相机拍摄获得了不同实验条件下的放电等离子体通道图像，分析讨论了放电等离子体运动对放电能量沉积效率的影响，提出了提高能量放电沉积效率的有效途径。     

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。     

电激励脉冲HF激光SF_6/C_2H_6工作气体的放电特性

研究了电激励脉冲HF激光工作介质SF6/C2H6混合气体的放电特性。通过对放电等离子体荧光图像和放电波形的测量,分析比较了不同条件下放电稳定性、剩余电压、能量沉积效率等特性参数的变化情况。实验结果表明:混合气体的放电过程存在主放电、剩余电压维持和电弧放电3个阶段,各阶段的放电特性有所差异;提高充电电压有利于放电能量的有效沉积,也会使不稳定的电弧放电提前;增加C2H6原子分数能起到抑制电弧放电的作用;混合气体总压的增加会导致剩余电压的提高以及辉光放电的能量沉积效率的降低;最佳的能量沉积出现在电弧放电阶段与辉光放电阶段即将融合的临界状态。     

电子束泵浦XeCl准分子激光器及应用

为了获得高能紫外激光输出,开展了电子束泵浦XeCl准分子激光技术研究。详细介绍了四向电子束泵浦准分子激光装置的工作原理和结构特征,简述Marx发生器的放电电压、放电电流,激光气室中的沉积能量,激光脉冲能量、脉宽等参数的测量方法;研究了电子束泵浦XeCl准分子激光输出特性,得到了激光脉冲能量随激光气室内混合气体气压变化的规律,当激光器的充电电压为81kV时,获得了能量100J、脉宽200ns的XeCl准分子激光输出,其本征效率约为3.2%。并且开展了XeCl准分子激光辐照涂层材料力学特性研究,采用微型红外通光冲量探头测量不同条件下激光辐照涂层材料的冲量耦合系数,在常压空气环境中的冲量耦合系数约为8.32×10-5 N·W-1。     

非链式HF激光器SF6气体介质放电特性

采用放电图像拍摄和放电波形测量两种方法研究了放电激励HF激光工作介质SF6气体的放电特性。实验结果表明:SF6气体放电可以分为主放电、剩余电压维持和电弧放电3个阶段。主放电阶段为均匀体放电,电容储能大部分在此阶段沉积于放电等离子体中;剩余电压维持阶段无明显放电;在电弧放电阶段激光器以电弧形式消耗剩余储能。通过对放电波形的分析,获得剩余电压及主放电阶段能量沉积效率随充电电压的变化规律。随着充电电压提高,剩余电压下降,沉积效率逐渐提高。沉积效率最大值对应于主放电与电弧放电相接的时刻。     

横向表面放电光泵浦源特性研究

 介绍了一种用以泵浦XeF(C-A)激光的横向表面放电辐射源,比较详细地研究了这种泵浦源的放电击穿特性、放电电流与充电电压及不同气体介质的关系、表面放电均匀性以及不同气体成分对表面放电辐射特性的影响。得到了放电击穿时间、放电峰值电流随充电电压、不同气体介质变化的曲线;分析了提高放电均匀性的途径,在电极长50cm、间距6cm、充电电压25kV条件下获得了均匀放电。获得了各种实验条件下放电辐射的光谱曲线;通过对辐射光谱的分析,研究了有利于光解离XeF₂的最佳实验条件,当p_Ar:p_N2=1:1时,放电在远紫外波段产生的辐射最强。     

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。     

衰减振荡电流下火花电阻的光谱诊断

气体开关是脉冲功率系统的关键部件,开关的火花通道阻抗直接影响负载电压的陡度及其能量传输效率。提出一种光谱学诊断方法,通过对火花通道成像光谱的时空分辨测量,获得通道半径及电导率,从而计算时变的火花电阻。光谱测量结果表明,氮气间隙火花放电通道电子温度为2~3eV,通道电导率先增大后减小,最大值约16 000S,随着放电发展,火花通道电阻从绝缘状态快速跌落并趋于稳定值,时变趋势与电学计算结果基本吻合。3~100kPa范围内,随着气压增大,放电通道半径减小,火花通道电阻增大。     

水中脉冲放电的电特性与声辐射特性研究

对水中脉冲放电等离子体通道电阻与放电参数之间的关系作了研究,得到了等离子体通道电阻与电容量、初始电压、电极间距离的关系,以及通道电阻随时间的变化规律.还对冲击波的峰值压力与放电参数间的关系作了研究,并对冲击波压力的功率谱作了分析,结果表明水中脉冲放电所产生的冲击波的声辐射频率在几十赫兹到几万赫兹之间,覆盖了所有水声设备的工作频率,且在低频段具有很强的声功率,是一种理想的水下声源 关键词： 水中脉冲放电 等离子体     

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采用纳秒脉冲电源,在静止空气条件下,开展了不同气压、放电距离和电压条件下的大体积纳秒脉冲放电实验研究.研究表明,当长度固定为200mm时,气压为250Pa时,随着电压的增大,放电区域从圆锥电极附近扩展到整个通道.当电压为12kV时,放电布满整个通道;随气压升高,初始放电电压增大.实验中发现在电压升高到一定程度时纳秒脉冲电离出现不稳定性,表现在气压相对较低时等离子体出现径向波动,气压相对较高时非平衡等离子体放电向电弧放电转变.分析认为,为了实现大体积均匀放电等离子体的产生,阻止放电不稳定性发生,应该采用上升沿时间更短,脉宽更小,电压更高的纳秒脉冲电源.     

射频感应耦合Ar-N2等离子体物理特性的Langmuir探针测量及理论研究

分别通过Langmuir探针测量和动力学模型模拟方法研究了射频感应耦合Ar-N₂等离子体中电子能量分布、电子温度、电子密度等物理量随N₂含量的变化规律.实验研究结果表明：电子能量分布呈现出非Maxwell型分布,并由双温分布向三温分布过渡;电子温度在不同的气压下随N₂含量的增加呈现出不同的变化规律.在放电气压小于1.3 Pa时,电子温度随N₂含量的增加而下降;当气压大于1.3 Pa时,电子温度随N₂关键词： 感应耦合等离子体 2混合气体放电')" href="#">Ar-N₂混合气体放电 电子能量分布 Langmuir探针     

非链式化学HF(DF)激光器工作气体中电子分离的非稳定性和气体放电等离子体的自组织现象(英文)

报道了放电引发的非链式HF(DF)激光器中的激活介质由电子碰撞负离子分离引起的电离非稳定性。这种非稳性出现在电极空间分离、脉冲CO2激光加热的基于SF6的混合气体的大体积放电中。实验研究了自引发体放电过程中由激光加热引起的放电等离子体的自组织现象以及由此在放电间隙的大部分区域形成的准周期等离子体结构。重点分析了等离子体结构随气体温度和注入能量的变化,讨论了等离子体自组织对电子碰撞分离不稳定性所产生的影响,解释了混合气体中由于电子碰撞使负离子消失导致的单等离子体通道移动的产生机理。     

非链式化学HF（DF）激光器工作气体中电子分离的非稳定性和气体放电等离子体的自组织现象

报道了放电引发的非链式HF（DF）激光器中的激活介质由电子碰撞负离子分离引起的电离非稳定性。这种非稳性出现在电极空间分离、脉冲CO2激光加热的基于sF6的混合气体的大体积放电中。实验研究了自引发体放电过程中由激光加热引起的放电等离子体的自组织现象以及由此在放电间隙的大部分区域形成的准周期等离子体结构。重点分析了等离子体结构随气体温度和注入能量的变化,讨论了等离子体自组织对电子碰撞分离不稳定性所产生的影响,解释了混合气体中由于电子碰撞使负离子消失导致的单等离子体通道移动的产生机理。     

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。     

介质阻挡放电六边形斑图稳定过程的光谱研究

采用发射光谱法,首次研究了等离子体参数及激发状态对介质阻挡放电六边形斑图稳定性的影响。在氩气/空气混合气体的介质阻挡放电中,随着电压的升高,放电丝直径增大,六边形斑图逐渐稳定,同时放电颜色由紫色逐渐变为灰白色,说明其等离子体状态及参数可能发生了变化。测量了六边形斑图放电过程中氮分子谱线和氩原子谱线相对于氩原子763.51 nm的相对强度、分子振动温度和电子激发温度随外加电压的变化。结果发现：氮分子谱线相对强度随电压增加而降低,氩原子谱线相对强度却升高;分子振动温度与电子激发温度均随电压增加而增大。这些现象表明：随着电压增大,电子能量增加。由此,氩原子激发增多,放电丝直径增大,介质表面上沉积的壁电荷面积增大,放电丝之间的相互作用增强,六边形斑图趋于稳定。     

放电激励重复频率非链式HF激光器

 利用紫外预电离横向放电和气体循环结构建立了一套放电激励重复频率HF激光装置。研究了激光器工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性,获得激光器单次运行的最佳输出参数;通过对激光器重复频率运行时不同气体流速、充电电压与气体总压条件下的放电状态和输出能量的比较,分析了激光器重复频率稳定运行的必要条件。结果表明：所研制的激光器最大单脉冲能量0.6 J,峰值功率3 MW,电光转换效率2.4%;当混合气体工作介质以3.5 m/s的流速循环时,激光器稳定运行的最高工作频率可达50 Hz,脉冲输出能量稳定在0.26 J,平均功率达到13 W。