若干放电电极的改进设计与分析

在已用于脉冲放电气体激光器中的近似Rogowski电极、紧凑式Chang电极和Ernst电极的基础上,提出了将近似Rogowski电极金属衬板缩短和削减其中央电极厚度、将紧凑式Chang电极和Ernst电极金属衬板改为绝缘介质衬板,并对Ernst电极参数进行优化的改进型电极结构.设计了这些改进型电极的制造方法,并用模拟电荷法计算了改进型电极表面的电场分布.把均匀场电极的电场理论分布和已使用的电极表面电场分布进行比较,可以看出,这些改进型电极在电场分布和结构上优于已使用的电极.     

TEA CO2激光器几种放电电极的比较

从均匀场电极理论出发,计算并讨论了近似Rogowski电极、Chang电极(含紧凑式Chang电极)和Ernst电极的形状、理论电场分布和实际电场分布。对实验室所用的几种电极进行了脉冲放电实验,从而获得了TEA CO2激光器的放电参数与输出特性,并对这些结果进行了比较和分析。计算表明,在基本参数相同的情况下,Ernst电极具有最紧凑的外形和最佳的均匀电场分布。实验表明,采用近似Rogowski电极的TEA CO2激光器具有最大放电辉光范围和44 kV的最小放电击穿电压;采用Ernst电极的TEA CO2激光器具有25 J的最高单脉冲能量和最大17.2%的斜率效率。最后提出了TEA CO2激光器主电极的选择建议。     

TEA CO2激光器几种放电电极的比较

 从均匀场电极理论出发，计算并讨论了近似Rogowski电极、Chang电极(含紧凑式Chang电极)和Ernst电极的形状、理论电场分布和实际电场分布。对实验室所用的几种电极进行了脉冲放电实验，从而获得了TEA CO₂激光器的放电参数与输出特性，并对这些结果进行了比较和分析。计算表明，在基本参数相同的情况下，Ernst电极具有最紧凑的外形和最佳的均匀电场分布。实验表明，采用近似Rogowski电极的TEA CO₂激光器具有最大放电辉光范围和44 kV的最小放电击穿电压；采用Ernst电极的TEA CO₂激光器具有25 J的最高单脉冲能量和最大17.2%的斜率效率。最后提出了TEA CO₂激光器主电极的选择建议。     

TEA CO2激光器的电极与放电研究

阐述了目前TEACO_2激光器几种常见电极的设计方法与结构,分别比较了它们的优缺点。用模拟电荷法计算了近似Rogowski电极和Chang电极的电场强度,将计算结果与各自放电实验图片作了对照和分析。计算与实验结果吻合,达到了均匀放电的效果,最后提出了改进建议。     

TEA CO2激光器均匀场电极的设计

介绍了与此有关的大面积均匀场放电电极的设计以及实验研究结果。无限大平行平板电极两极间的电场分布是均匀的,而现实的问题则是要求在有限的（电极）尺寸条件下实现电场的均匀性设计,因此设计问题转变为放电电极的剖面形状的理论和工程计算问题。根据TEA CO₂激光器工作的实际情况,有针对性地选择Chang氏理论作为设计依据。设计的放电电极实验结果证明,TEA CO2激光器在500HZ高重频脉冲条件下能够连续工作10分钟,在55mm放电电极宽和平坦部分为40mm剖面的平行平板两个主放电极之间实现了大面积稳定的均匀场辉光放电。     

TEA CO2激光器非对称电极系统的电场分布

设计了一种非对称电极,这种非对称电极的阳极是Chang电极或Ernst电极,阴极是由直线和圆弧构成的简单电极。通过比较和分析非对称电极和对称电极的特点发现,非对称电极系统中简单电极的边缘电场起伏最大。采用有限元方法计算了非对称电极系统中的简单电极取不同的直线长度和弧线半径时,非对称电极系统的电场分布,给出了选择非对称电极系统中的简单电极参数的依据。结果表明：这种非对称电极系统结合了解析电极和简单电极的优点,通过选择非对称电极系统的简单电极参数,它可以在TEA CO2激光器中产生边缘电场起伏小于0.06,且满足电极表面均匀场面积宽度要求的电场。     

非链式脉冲氟化氘激光器的放电特性

为了提升非链式DF激光器输出能量与电光转换效率, 使用有限元分析法, 分别计算了Chang氏电极和粗糙阴极与光滑阳极组成的平板电极间的静电场分布。对于Chang氏电极, 引入了火花针尖端强电场, 计算了火花针紫外预电离放电的电场分布。对于平板电极, 计算了阴极表面毛刺尖端的静电场分布, 发现毛刺会在阴极表面形成一系列较高强度的电场区域而不会导致平板电极间电场均匀性恶化。进而对两种电极进行了脉冲放电实验, 获得了非链式脉冲DF激光器的放电特性和输出参数。实验结果表明:均匀电场分布有利于提高非链式脉冲DF激光器的输出能量;自引发DF激光器阴极毛刺尖端强电场有利于实现体放电;自引发放电更适用于大体积均匀放电。     

TEA CO2激光器非对称电极系统的电场分布

 设计了一种非对称电极,这种非对称电极的阳极是Chang电极或Ernst电极,阴极是由直线和圆弧构成的简单电极。通过比较和分析非对称电极和对称电极的特点发现,非对称电极系统中简单电极的边缘电场起伏最大。采用有限元方法计算了非对称电极系统中的简单电极取不同的直线长度和弧线半径时,非对称电极系统的电场分布,给出了选择非对称电极系统中的简单电极参数的依据。结果表明：这种非对称电极系统结合了解析电极和简单电极的优点,通过选择非对称电极系统的简单电极参数,它可以在TEA CO₂激光器中产生边缘电场起伏小于0.06,且满足电极表面均匀场面积宽度要求的电场。     

3维均匀场电极的自动设计

基于标准ACIS模型数据,利用Inventor VBA语言和B样条曲线对脉冲气体激光器中Ernst面型曲线进行逼近,并采用线性扩展法对Ernst面型电极实现了3维实体建模设计,设计结果可以直接导入Ansys进行3维电场有限元计算分析。通过对比不同坐标点数的Ernst曲线的误差情况,明确了导致电极边缘面型误差的原因,对于B样条逼近Ernst曲线上曲率较大的部分进行了局部密集采样,在提高模型文件中曲面面型精度的同时平衡了计算的速度,并对设计结果进行了Ansys有限元计算和初步分析。     

水下多针电极微秒脉冲流光放电特性

多针电极结构是实现大体积水下放电的基础性电极结构,研究其放电基本特性对其他大体积水下放电电极结构的设计具有重要参考意义.本文构建了一个可安装21根针的多针电极,利用四分幅超高速相机研究了单个脉冲放电过程中可能放电的针电极数目以及电极阵列边缘和内侧针电极放电形态的差异;采用COMSOL软件模拟计算了多针电极结构的电场分布,讨论了电场分布对多针电极放电的影响,研究了多针电极结构的放电能量效率.结果发现:在单个脉冲放电过程中, 21根针电极不是同时发生放电的,最大放电针电极数目随电压和针针间距的增大而增加.在同一个脉冲放电过程中,位于电极阵列边缘的针电极相比于位于阵列内侧的针电极产生的流光丝较长且偏离针电极轴线的偏角相对较大,这主要是针电极之间电场相互叠加干扰引起的.针针间距越小,针电极之间电场的相互叠加干扰越大,阵列边缘与内侧电极放电形态的差异越大,放电能量效率越低.     

集成电光器件电极的数值分析法

本文描述了一种数值分析方法,计算了集成光学中电光器件电极的电场分布。在电极无限薄的假设条件下,把数值分析法计算的结果同保角变换法的结果进行了比较,并讨论了电极厚度和缓冲层对电场以及特征参量的影响。计算结果表明电极厚度对电场分布影响较小,但特征阻抗和有效介电常数随电极厚度增加明显减小。而且使用缓冲层使波导的有效深度增加,电场强度减小,特征阻抗和有效介电常数都发生很大变化。利用这些特性可对集成光学电光器件的电极进行优化设计。     

锥形导体尖端的电场特性

以圆锥形导体为例，从求拉普拉斯方程在边界条件下的解出发，给出锥形导体尖端附近的电场表达式，并对电场特性作出详细分析，从而揭示尖端放电现象的物理本质。     

基于铌酸锂晶体的电控λ／2波片

利用有限元法分析了双面电板下铌酸锂晶体内部的电场分布。在规定匀强电场区域条件下,得到匀强电场区域大小随晶体宽度与电极宽度比值增大而增大的规律。在此基础上利用铌酸锂晶体的双横向普克尔效应设计了一种适用于任意光波长的电控λ／2波片。制作并测试了晶体宽度与电极宽度之比分别为2：1和3：1的电控铌酸锂λ／2波片,结果表明：这种波片可将一束线偏振的输入光转换成任意方向偏振的输出光,也可将任意偏振方向的输入光转换成固定方向偏振的输出光,并且晶体宽度与电极宽度比值越大,实验值与理论值符合得越好。