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。

设备采用外触发预电离模式, 分别设计了高压触发和预燃电流维持两个功能, 同时支持手动和自动两种触发模式。在连续预电离状态下氙灯放电电流达到200 mA, 该状态下能保证灯内一直有电流流过, 同时在主放电压1 400 V下氙灯可顺利完成主放电。该配套设备已成功应用在主动补偿脉冲发电机驱动带脉冲预燃电源系统中。

基于高功率激光装置对脉冲氙灯工程运行可靠性的要求, 利用现有的能源模块开展了氙灯放电考核实验。实验结果表明: 虽然氙灯运行在安全的能量负载水平, 当能源模块单个放电回路的峰值功率超过300 MW时, 氙灯石英玻璃管壁存在热损伤风险。肉眼观察到管壁损伤后在反射器对侧的灯管内壁出现乳白色沉积层。经扫描电镜和X射线光电子能谱测试分析, 证实热损伤形成的乳白色沉积物为二氧化硅。为探究管壁热损伤机制, 采用高速摄影观测了氙灯放电等离子体沟道发展过程。图像显示放大器内金属反射器的几何形状对放电沟道的分布产生了显著影响, 尤其是在侧灯箱, 灯内电弧沟道会靠近反射器一侧集中分布, 因此, 导致等离子体对灯管的偏烧。当放电峰值功率超过石英热负载极限时, 管壁表面二氧化硅材料会被烧蚀至蒸发、气化, 并随后沉积在灯管较冷部位。研究结果表明放电回路的放电峰值功率过高、放大器内金属反射器均会对氙灯造成热损伤。

在神光能源系统模块中, 依据脉冲氙灯放电特性及氙灯放电回路的技术要求, 采用仿真软件OrCAD PSpice分别从脉冲氙灯的五路放电、氙灯能量分配及能源模块在放电过程中存在的故障三个方面进行模拟仿真并给出仿真结果, 并与实际装置运行数据进行比较分析, 其仿真的结果与实际理论分析结论基本一致, 验证了仿真模型及过程的可靠性, 这为高功率激光装置的电子计算机辅助设计和分析提供了一种新途径。