大功率TEA CO2激光器的脉冲激励电源

为了进行大功率TEA CO2 激光器的研究工作,选用大功率旋转火花开关作为功率开关器件,制作了一种由高压谐振充电电路、高抗干扰的开关触发器、大功率旋转火花开关以及倒空式L-C反转电路等组成的脉冲激励电源。在大功率TEA CO2 激光器的实际工作中进行了测试和评估。实际结果表明,我们研制的脉冲激励电源可以满足大功率TEA CO2 激光器的特殊工作要求。其重复工作频率可以在100Hz～400Hz之间任意设定,输出工作电压可达40kV～50kV,电源平均功率大于220kW,电源峰值功率高达1000MW。     

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。     

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。     

预电离脉冲群开关技术高功率脉冲CO2激光器

采用独特的电极结构和预电离脉冲群开关放电技术,实现了5kW量级平均功率横流CO2激光器脉冲激光输出.     

大功率能源模块中的石墨电极气体开关系统

探讨了大功率脉冲电源模块中主放电开关和预电离开关整体系统的设计、制造和试验过程。在主放电回路中选择石墨型两电极气体开关作为主开关,因为其在高峰值和快上升沿时间电流的作用下具有很长的工作寿命,并由此构建了基于脉冲变压器的主开关触发器,其中气路控制装置是该系统的辅助设备。在预电离回路中选择石墨型三电极气体开关作为放电开关,并给出了能够同时输出高电压和大电流的预电离开关触发器的设计原理。最后,电气特性测试实验表明两电极主开关峰值电流超过700kA,总转移电荷量超过200kC,此外通过更换电极,开关的寿命可以延长。预电离开关在充气230kPa绝对气压、充电电压23kV下,击穿时延平均值为7.5μs,时延抖动为0.656μs;预电离开关寿命试验的结果显示开关工作4000发次后石墨电极无需更换,开关的总转移电荷量超过10kC。     

CO2激光器高压脉冲触发系统的设计

为了稳定可靠地触发CO2激光器旋转火花开关,设计了一套高压脉冲触发系统并且提出了一种新型的绝缘栅双极晶体管（IGBT）驱动与保护方法。根据CO2激光器中旋转火花开关的触发结构,应用复杂可编程逻辑器件（CPLD）芯片EPM3512开发了可以输出100～500 Hz重频脉冲信号以及单次脉冲信号的触发信号源;应用光耦HCPL-3120设计了具有过流、过压保护功能兼有电磁兼容（EMC）设计的IGBT驱动电路;对高压脉冲变压器进行建模并通过PSPICE软件仿真;搭建了实验平台,进行了联机性能测试。实验结果表明：在500 Hz的重复频率下,高压脉冲触发系统可连续稳定地输出高于38 kV的高压重频脉冲,基本满足CO2激光器的旋转火花开关稳定可靠触发的要求。     

同轴场畸变气体火花开关的多通道放电特性

设计了一种同轴场畸变气体火花开关,在开关仅受触发脉冲作用和开关内外电极分别连接正负充电电容两种条件下,实验研究了触发脉冲峰值对开关间隙在氮气中的放电通道数的影响,比较了两种条件下的放电通道数。开关仅受触发脉冲作用时,放电通道承载电流较小;开关内外电极分别连接充电电容,触发脉冲施加于开关触发极时,放电通道承载电流较大。实验结果表明:仅受触发脉冲作用时,开关内间隙的平均通道数随着触发脉冲峰值增加而显著增加;开关电极连接电容的情况下,随着触发脉冲峰值增加,开关内间隙的平均通道数增加,外间隙的平均通道数减小;相近的过电压倍数下,开关电极连接电容情况下的平均通道数明显小于开关仅受触发脉冲作用情况下的平均通道数。     

重复频率电容器寿命测试平台

研制了一种主要用于测试电容器在不同电压下短路放电寿命的测试平台,采用谐振充电、脉冲变压器升压和可控火花开关相结合的技术路线,可在2.5nF负载电容器上得到超过100kV的高压,短路放电采用可控火花开关,最大放电电流约7kA,最高重复频率为50Hz,输出电压和重复频率都可调节,可测试在不同电压、不同重复频率和不同工作时间下电容器的失效机制。通过计算机控制平台的运行,可自动记录工作次数,方便统计电容器寿命。     

纳秒脉冲电压下同轴场畸变开关多通道放电特性

使气体开关形成多通道放电是减小开关电感、通道电阻、电极熔蚀,提高开关寿命和稳定性的有效措施。设计了一种同轴场畸变气体火花开关,研究了开关在纳秒脉冲电压下的多通道放电现象。研究了脉冲电压上升速率与多通道放电特性的关系,比较了两种体积比的SF6/Ar混合气体多通道放电特性。实验结果表明:一定气压下,平均通道数随着脉冲电压上升率增加而增多,电流分布趋向均匀;相同脉冲峰值与气压比值,不同气压下,高气压下的通道数较多;SF6/Ar混合气体中,氩气含量较高情况下多通道放电特性较好。最后,结合J.C.Martin的多通道放电理论对实验结果作出了初步解释。     

预电离脉冲群开关技术高功率脉冲CO2激光器

采用独特的电极结构和预电离脉冲群开关放电技术, 实现了5kW 量级平均功率横流CO₂激光器脉冲激光输出. 关键词： 2脉冲激光')" href="#">CO₂脉冲激光 预电离 脉冲群开关     

SnO2:Zr薄膜对SO2气体的光学气敏特性研究

采用双靶反应溅射制得SnO₂:Zr薄膜,并对它作了150°C下SO₂气敏光学特性试验,首次发现在适当工艺条件下制得的SnO₂:Zr薄膜在近红外波段(1.7～3μm)对SO₂气体具有明显的光学气敏特性,在2.65μm附近透过率上升幅度达10%左右.Zr的引入增强了SnO₂薄膜对SO₂的吸附能力.用二次离子质谱对吸附SO₂前后的薄膜作了组分相对含量分析.本实验结果对今后研究高性能SO₂气敏传感器有一定的价值.     

色散SiO2/TiO2薄膜组成的Fibonacci序列一维光子晶体在可见光波段的传输特性

用特征矩阵法研究了由正常色散SiO₂/TiO₂薄膜组成的Fibonacci序列一维光子晶体在可见光波段的传输特性,并与无色散时的传输特性做了对比。结果表明,随序列项数的增加,相应的前一序列的透射谱中透射率较低的凹带逐渐变成禁带,禁带数增加;初始介质是低折射率的SiO₂薄膜时比高折射率的TiO₂薄膜时各序列的透射谱中的禁带数多,各禁带的宽度和中心波长基本相同;在总厚度一定的条件下,随SiO₂薄膜的厚度增大（TiO₂薄膜的厚度减小）,禁带的宽度减小,禁带的中心波长基本不变;随入射角增大,禁带的中心波长向短波方向移动,禁带宽度变小。在其它相同条件下,无色散时的最宽禁带和最宽禁带的中心波长比有色散时的最宽禁带和最宽禁带的中心波长都有增加。     

大功率脉冲TEA CO2激光器配气比对输出的影响

大功率脉冲TEA CO2激光器的放电腔在不同工作气压和不同配气比例条件下对激光器输出能量和电光转换效率均有较大影响,因此,通过充气压力从30kPa到60kPa的改变和配气比例CO₂:N₂＝1:1到CO2:N2＝1:4的变化,可以改变激光器的输出能量,提高激光器电光转换效率。实验结果表明：当CO2:N2的配气比例为1:3时,激光器输出的电光转换效率存在最佳点。在最佳配气比例CO2:N2:He＝3:9:28,总气压40kPa和注入激励电能保持不变的情况下,激光器单脉冲放电时的输出能量为24.6J;激光器高重复频率放电运转时的电光转换效率达16.4％。激光器的最高放电频率可以达到500Hz并且连续稳定运行工作。     

小型多功能CO2激光器

研制了一种小型多功能CO2激光器。该激光器可以单脉冲、重频或连续方式输出,并可实现输出脉冲频率的编码及波长调谐。激光器谐振腔采用光栅一级振荡,零级输出的工作方式,分别利用声光调Q技术和脉冲放电技术实现了百ns至亚ms量级的脉冲激光输出。详细介绍了该激光器中基于光学角反射器原理设计的光栅调谐定向输出装置,并对其进行了理论计算和论证,实现了不同波长激光的定向、定位输出,获得调谐激光输出谱线超过60条,谱线分辨率优于0.01μm。激光器脉冲重复频率1Hz～10KHz连续可调,输出波长调谐范围9.2μm～10.8μm,激光器连续输出最大功率8W,重复频率1KHz时最小激光脉宽180ns,峰值功率4062W。该激光器在激光与物质相互作用科学领域,特别是激光对物质作用与破坏机理的研究方面具有重要的应用价值。     

500 MHz LiNbO3 2×2光开关/调制器

本文描述一种采用铬-金电极的Ti:LiN_bO₃型2×2光开关/调制器。给出了该器件的设计参数,工艺条件,带单模尾纤的器件性能为:总插入损耗<8dB,开关电压<10V,串音<-15dB(λ=1.3μm)。本文讨论了器件的高频特性,测得器件的调制频率>500MHz。     

大功率TEA CO2激光系统的电磁兼容设计

大功率TEA CO2激光系统工作时产生的强电磁干扰主要来源于激光主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁脉冲干扰对激光系统内部及相关外部设备的电子系统具有很大的干扰和破坏作用。对大功率TEA CO2激光系统的电磁干扰进行了分析计算,在此基础上对大功率TEA CO2激光系统进行了EMC设计。硬件设计手段分别采用了对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽、系统合理布局与布线、滤波隔离,软件采用了数据冗余纠错、冗余化操作和数据鉴别等抑噪和纠错技术,有效地抑制了干扰电磁波在系统内外的传播,解决了大功率TEA CO2激光系统EMC问题。结果表明,对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽,系统合理布局与布线、滤波隔离等措施,是抑制电磁干扰,保证激光控制子系统硬件不受损坏的主要手段。软件抗干扰,是硬件抑制电磁干扰措施的补充和延伸,能使激光系统具有很高的可靠性。     

大功率TEA CO2激光器非稳腔的设计与实验

相比于传统稳腔高功率TEA CO2激光器,如何在不降低功率的基础上,改善其光束质量一直研究者关心的问题。本文在原有稳腔激光器的基础上,设计了三组望远镜虚共焦腔镜,给出了完整的设计过程并进行了理论分析。同时对不同组的非稳腔激光器进行了对比实验研究,结果表明非稳腔能够在保证高单脉冲能量的基础上极大地改善激光远场发散角,其中最佳腔镜组合能够达到单脉冲能量13.7J,其发散角为1mrad（稳腔为2.4mrad）,激光脉宽50ns（稳腔为98ns）。这就为此种类型激光器应用于激光制造领域奠定了基础。     

碱锑光电阴极光电发射特性的Monte-Carlo数值模拟

基于非直接跃迁模型,用Monte-Carlo方法模拟了光电子在K₂CsSb光电阴级中的输运过程,得到了和实验结果较为一致的量子产额谱、电子能谱及阴极的时间响应特性.K₂CsSb的时间响应特性计算表明薄阴极的时间响应半宽度在20～100fs左右.文中还计算了K₂CsSb阴极的导带和价带态密度.     

纵向扫描法测量非线性折射率和吸收的理论分析和测量结果

本文以薄样品的分析为基础,采用高斯分解方法,在一定近似条件下,对纵向扫描进行严格的理论推导,获得了远场光阑归一化透过率的数值解析表达式.利用所得表达式,由测得的归一化透过率曲线可同时获得非线性折射率和非线性吸收的大小和符号.对非线性吸收和极值点的讨论进一步证明了结果的准确性.最后简要介绍了一种自行设计的全自动纵向扫描测试系统,并对CS₂标准样品进行了闭孔测量.测得CS₂的非线性折射率大小与国际报道完全一致.