小型球形脉冲氙灯光谱分析与实验测定

作为分析仪器和医疗仪器光源,脉冲氙灯的光谱特性直接影响着仪器的整体性能。为了研究脉冲氙灯放电回路参数及几何参数对其光谱特性的影响,利用气体放电理论分析了脉冲氙灯发光过程,设计了光谱检测系统,实验测定了脉冲氙灯在不同放电参数下的光谱特性。结果表明：脉冲氙灯光谱由连续谱和线状谱组成,连续谱有离子复合和韧致辐射产生,线状谱由电子能级跃迁产生。相对光谱辐射能量随着放电电压升高呈近似线性增长、并随着储能电容的变大而变大。在放电电压较低时,弧长较短时相对光谱辐射能量较大;在放电电压较大时,弧长越长相对光谱辐射能量越大。对于脉冲氙灯工作参数选取以及应用生产具有重要的意义。     

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。     

大气压氖气介质阻挡放电脉冲等离子射流特性

采用自行研制的低造价、小体积、可产生幅值0~35 kV、重复频率1 kHz的高压s脉冲电源,设计了一套以大气压氖气为工作气体的介质阻挡放电（DBD）等离子体射流源,通过测量并计算放电过程中的电压-电流波形、拍摄放电图像、光谱分析等手段,对电压幅值、气体流速对氖气等离子体射流特性的影响进行了研究。结果表明:s脉冲电源激励下大气压氖气DBD能产生锥状的等离子射流且其等离子强度适中;s脉冲电源电压幅值的快速上升,可在放电空间瞬间施加高的过电压,能有效促进放电功率、电子密度、电子激发温度和射流长度的增加;工作气体流速的增加使得放电功率、电子激发温度和电子密度减小,而射流长度变化很小;一定条件下,能形成长距离的射流。     

纳秒脉冲下高能量快电子逃逸过程的计算

基于快电子的逃逸击穿机理将是一种能解释纳秒脉冲高过电压倍数下气体放电现象的理论，对高能量快电子的逃逸运动、碰撞电离引导电子崩的发展等进行了分析，并根据电子能量与阻力关系式，对电子的俘获或逃逸过程进行了计算.结果表明外加场强越高，更多的电子能逃逸，逃逸的能量阈值越低，气压对电子的逃逸过程影响也较大.同时也定性描述了纳秒脉冲下逃逸击穿放电过程. 关键词： 气体放电 快电子 逃逸击穿 纳秒脉冲     

高功率脉冲氙灯中的等离子体放电通道

研究了高功率脉冲氙灯放电过程中等离子体通道的演化规律。分析了充电电压、主脉冲脉宽及主预脉冲时间间隔等对等离子体通道的影响规律。实验过程中在脉冲氙灯接地端子附近观察到了明显的等离子体通道分叉现象。研究发现,脉冲氙灯工作环境中的电场分布对氙灯内等离子体通道的形成与演化特性将产生十分重要的影响,其决定了等离子体通道的形态。其他影响因素则通过改变放电通道的亮度、均匀度与充盈度等特征施加其影响。     

环形截面氙灯的放电特性与泵浦效率实验研究

针对脉冲氙灯的结构,探索了一种新型的环形截面氙灯以获得更高的泵浦效率。环形截面氙灯内嵌空气玻璃管,拥有中空的新结构,对脉冲氙灯放电特性产生了新的影响,进一步影响了泵浦效率。实验对比了传统氙灯和环形截面氙灯的放电特性、辐射以及钕玻璃的荧光输出。实验结果表明:新型的环形截面氙灯拥有较高的电阻,较低的放电电流与进灯能量,辐射效率和钕玻璃荧光输出分别提高了3%~4%和2%~3%。     

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。     

脉冲氙灯电源研究

高速摄影的同步照明光源是利用脉冲氙灯作为输出负载的一种高亮度闪光光源。它的驱动电路采用脉冲形成网络PFN电路,利用Orcad Pspice软件对PFN放电电流仿真,其仿真结果具有一定的指导意义。电源具有手动触发和同步触发功能,同时输出脉冲的前沿和后沿具有良好的时间响应,氙灯充电电压0~3.5 kV可调,触发信号与光波形延时时间125 μs;实验结果验证了电源设计原理和技术方案的可行性。     

实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理

采用稍不平行电极进行大气压He气介质阻挡多脉冲辉光放电实验,通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片,研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式.通过气隙放电电流、表面电荷计算,理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系,研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理.实验结果表明,放电首先在间隙稍窄的电极左端开始;在第一个脉冲电流峰值,电极右端也开始放电;第一个电流脉冲经历了Townsend放电到辉光放电的过程;电流脉冲之间的时间内,间隙一直维持着微弱的辉光放电;随后的每个电流脉冲均是辉光放电.理论分析表明,大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果;除放电伊始出现Townsend放电外,同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Townsend放电. 关键词： 介质阻挡放电 增强电子耦合器件 大气压辉光放电 多脉冲     

常压下气体放电等离子体振荡的实验与理论研究

在实验上研究了高压交流电弧发生器电极间隙的气体放电及等离子体振荡, 观察到了气体放电过程中的纳秒脉冲.以电子的流体运动方程和麦克斯韦方程为理论基础, 利用δ函数来描述交变外电场作用下电极处的电子堆积现象,建立了常压下气体放电时等离子体在外电场中振荡的理论模型,通过Laplace变换求解出电极间的放电电压.理论与实验结果基本符合, 从而可估算出实验中等离子体的电子数密度为1.3× 10¹²/m³.     

基于反激拓扑与RC隔离触发网络的短弧脉冲氙灯电源设计

针对现有的短弧脉冲氙灯电源存在明显的阻尼振荡等现象,提出了一种基于反激拓扑方法与RC隔离触发网络的短弧脉冲氙灯驱动电源设计。驱动电源采用24 V输入,主电压通过反激拓扑结构产生700～1000 V连续可调输出,脉冲触发电压电路采用二级级联升压电路产生5～7 kV脉冲输出,主电压和脉冲触发电压经过RC隔离触发网络后对脉冲氙灯进行驱动点亮。对驱动电源各个模块进行了设计与实现,将RC隔离触发网络仿真与实际触发波形对比,并比较分析了主电压在不同电压下的充放电波形。实验结果表明,所设计的驱动电源点亮短弧脉冲氙灯的成功率达100%,验证了所设计驱动电源的可行性;所设计的驱动电源充放电总时间最大值为5.63 ms,为短弧脉冲氙灯提供了较高的闪烁频率;所设计的驱动电源与文献对比将阻尼振荡范围从32.24%降低到4.7%,有效抑制了放电产生的阻尼振荡,避免对储能电容造成二次充电,有效提高了储能电容及短弧脉冲氙灯的放电次数及寿命。     

闪光灯泵浦钛宝石可调谐激光器

为了提高灯泵钛宝石激光器的输出能量和效率，对灯泵钛宝石激光器进行了大量的试验研究工作。对国产氙灯进行了快速放电和寿命试验；测得了在不同放电电流密度情况下的氙灯发光光谱分布；试验采用双灯串接泵浦，双棱镜色散光学谐振腔，平平腔型，调谐范围为７５０～９５０ｎｍ，在中心波长８００ｎｍ处得到激光输出能量为８９３ｍＪ，电光转换效率为０．８９％。该激光器的阈值约为１５Ｊ。     

触发预电离一体化脉冲氙灯电源设计

采用高压触发预电离为一体+脉冲形成网络触发氙灯的技术路线,分别设计了脉冲氙灯电源系统中高压触发、预燃电流维持两个功能单元。根据脉冲氙灯160mm×9mm、极间距70mm的技术指标,成功设计了一台具有手动和电脉冲触发功能的方波脉冲氙灯电源。氙灯充电电压300~900V可调,光脉冲宽度为150μs±20μs,光脉冲上升时间不超过90μs,触发延迟不超过90μs,触发抖动在±2μs范围内。给出了单次触发情况下脉冲氙灯电源输出的实验结果,验证了所采用的设计原理和技术方法的可行性。     

高可靠性脉冲氙灯电源设计

对540 mm18 mm、极间距250 mm、充气压力26 kPa的脉冲氙灯进行分析计算,研制了一台具有手动和外触发功能、氙灯充电电压2.5～4.5 kV、输出脉冲电流幅度3～6 kA、脉冲宽度约230 s的脉冲氙灯电源,给出了单次触发情况下的实验结果。设计基于晶闸管移相调压方式,经由隔离模块、PLC控制构成的闭环反馈回路,控制调压模块对储能电容器线性充电;通过IGBT半导体开关器件产生脉冲信号,经脉冲变压器升压后触发氙灯,使氙灯导通发光。采用简单、可靠的绕丝触发方式和控制信号隔离、电容器一端接地等方法,有效抑制了地电位抬高,提高了氙灯电源的可靠性和抗干扰能力。通过百次的实验,脉冲氙灯电源能100%点亮负载氙灯,满足实际使用要求。     

Enhancement of VUV Emission from a Coaxial Xenon Excimer Ultraviolet Lamp Driven by Distorted Bipolar Square Voltages

Enhancement of vacuum UV emission (172 nm VUV) from a coaxial xenon excimer UV lamp (EUV) driven by distorted 50 kHz bipolar square voltages, as compared to that by sinusoidal voltages, is investigated numerically in this paper. A self‐consistent radial one‐dimensional fluid model, taking into consideration non‐local electron energy balance, is employed to simulate the discharge physics and chemistry. The discharge is divided into two three‐period portions; these include: the pre‐discharge, the discharge (most intense at 172 nm VUV emission) and the post‐discharge periods. The results show that the efficiency of VUV emission using the distorted bipolar square voltages is much greater than when using sinusoidal voltages; this is attributed to two major mechanisms. The first is the much larger rate of change of the voltage in bipolar square voltages, in which only the electrons can efficiently absorb the power in a very short period of time. Energetic electrons then generate a higher concentration of metastable (and also excited dimer) xenon that is distributed more uniformly across the gap, for a longer period of time during the discharge process. The second is the comparably smaller amount of “wasted” power deposition by Xe⁺₂ in the post‐discharge period, as driven by distorted bipolar square voltages, because of the nearly vanishing gap voltage caused by the shielding effect resulting from accumulated charges on both dielectric surfaces (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

电容损耗对脉冲氙灯放电特性的影响

研究了储能电容自身损耗对氙灯放电特性的影响,对脉冲氙灯放电回路进行了分析与改进。在实际电容自身损耗不为零的情况下,将电容等效为理想电容与损耗阻抗的串联,给出了计算氙灯放电特性的改进公式,并详细计算和分析了电容自身损耗增大情况下的氙灯放电电流和放电功率变化情况,计算结果表明:损耗增大会导致氙灯放电电流、功率峰值下降,闪光时间缩短,显著影响激光泵浦效率;电容损耗增大还会导致LC放电回路出现电容反充电现象,影响氙灯正常工作并缩短灯的寿命。实际的储能电容充放电实验证明,电容损耗增大会导致氙灯闪光的波形峰值下降、闪光时间缩短和电极溅射加剧,验证了理论分析的合理性。另外,实验证明环境因素对储能电容自身损耗的增大具有非常显著的影响。     

爆轰试验中高速摄影控制及闪光装置改进

研究爆轰试验高速摄影中,闪光灯和摄影机快门失灵引起试验失败问题,提出对试验操控装置和闪光灯电源改进措施。首先,在实验操控上增加防止仅雷管起爆的逻辑控制,并采用集中控制,分布检测设计;其次,在闪光氙灯电源中,采用伪火花开关和多节LC(电感-电容)脉冲形成线技术,解决氙灯存在的自闪、不引燃和光强不均。此外,还解决了装置研制中遇到的电磁干扰、同步引燃等问题。通过改进,有效地防止了爆轰试验中高速摄影光学影像丢失情况和底片曝光不均匀现象,介绍了主要元件、线路和系统、实验结果及研制过程。     

Ultrashort electron beam and volume high-current discharge in air under the atmospheric pressure

Conditions are studied under which an electron beam and a volume discharge with a subnanosecond rise time of a voltage pulse are produced in air under atmospheric pressure. It is shown that the electron beam appears in a gas-filled diode at the front of the voltage pulse in ∼0.5 ns, has a half-intensity duration of ≤0.4 ns and an average electron energy of ∼0.6 of the voltage across the gas-filled diode, and terminates when the voltage across the gap reaches its maximum value. The electron beam with an average electron energy of 60 to 80 keV and a current amplitude of ≥70 A is obtained. It is assumed that the electron beam is formed from electrons produced in the gap due to gas ionization by fast electrons when the intensity of the field between the front of the expanding plasma cloud and the anode reaches its critical value. A nanosecond volume discharge with a specific power input of ≥400 MW/cm³, a density of the discharge current at the anode of up to 3 kA/cm², and specific energy deposition of ∼1 J/cm³ over 3 to 5 ns is created.