强激光与粒子束
2024, 36(2): 025012
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049
2 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安 710024
降低纳秒脉冲电压下气体开关的抖动对电磁脉冲模拟装置输出稳定性具有重要意义。特别在受条件约束、外触发不便的条件下，自触发开关抖动的降低值得关注。设计了两种自触发开关，包含阴极刻槽开关和预电离开关，并搭建了纳秒脉冲实验平台，分别在40 ns、70 ns 与120 ns三种脉冲前沿下测量了两种开关的击穿电压、时延等参数，通过数据统计与处理，获得了两种开关的击穿电压及时间抖动。实验结果表明：通过阴极刻槽控制发射或者阴极预电离注入的方式均可有效降低开关的击穿抖动；在三种前沿的脉冲电压下两种开关的击穿抖动均在1～1.8 ns之间；在40 ns和70 ns前沿脉冲作用下，阴极刻槽的开关击穿抖动更低，可小于1.2 ns，击穿电压分散性小于1.29%；在120 ns前沿脉冲作用下，阴极预电离开关击穿抖动更低，可小于1.6 ns。
纳秒脉冲 自触发开关 低抖动 预电离 刻槽电极 nanosecond pulse self-triggered switch low jitter preionization grooved electrode 强激光与粒子束
2023, 35(7): 075003
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 北京大学 物理学院, 北京 100871
磁控溅射镀膜电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌靶和锡靶溅射处理装置的技术要求, 研制了一套输出电压0~800 V可调、脉冲宽度5~200 μs可调、频率0~60 Hz可调、在脉冲电流最大幅值约150 A的磁控溅射镀膜电源, 分别给出了该电源在铌靶负载和锡靶负载下的实验结果。设计上采用高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路方法, 解决了高功率磁控溅射在重复频率工作下有时不能成功溅射粒子、电离时刻不一致、溅射起弧打火靶面中毒、溅射效率低等问题, 降低了磁控溅射装置内气体的工作气压, 实现低气压溅射镀膜, 提高了靶材的溅射效率, 减小薄膜表面粗糙度。通过大量实验论证, 该电源达到了理想的溅射效果, 满足了指标要求。
高压预电离 双极性脉冲 低气压溅射 等离子体 high voltage preionization bipolar pulse low pressure sputtering plasma 强激光与粒子束
2019, 31(4): 040020
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
气体介质稳定体放电是放电激励气体激光器高效输出的基础和前提, 预电离是实现高压气体介质稳定体放电的有效技术途径之一。基于放电激励脉冲HF激光器电气结构总体设计要求设计了结构紧凑的紫外光自动预电离装置, 并对其在气体介质中预电离产生的初始电子数密度进行了数值模拟。模拟结果表明: 在整个放电区域内初始电子数密度均在109/cm3左右, 满足介质体放电要求。通过激光器能量输出实验评估了预电离效果, 对SF6和H2混合气体介质, 在充电电压较低时, 输出能量有数倍的提高; 对SF6和C2H6混合气体介质, 在充电电压20 kV时激光器输出能量由200 mJ提高至297 mJ, 提高了近50%。实验结果表明: 该预电离装置对改善激光器能量输出特性有明显效果。
预电离 放电激励 HF激光器 体放电 数值模拟 preionization discharge-initiated HF laser volume discharge numerical simulation 红外与激光工程
2017, 46(6): 0605005
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了解决轴快流(FAF)CO2 激光器的大体积和高气压所产生的等离子体放电不稳定问题，设计了相应的预电离装置。预电离装置安装在激光器放电管外，预电离电极由激光器放电管阳极和与其相距35 mm 的铜环组成。预电离电路由多谐振荡器、RC 充放电电路和可控硅构成，放电频率范围为10~20 kHz，其目的是产生固定频率下尽可能高的初始电子密度，以降低激光器着火电压。实验结果表明：该预电离装置使激光器最大点火电压降低1.69 kV ，小功率输出电压波动降低2.6 kV，能够满足轴快流CO2激光器的预电离要求，是提高激光器放电稳定性的一种有效方法。
激光器 预电离 电子密度 放电稳定性 激光与光电子学进展
2014, 51(12): 121405
利用脉冲火花预电离方式，设计了一种脉冲火花预电离触发的触发管气体开关。开关工作电压等级为100 kV,工作介质采用干燥空气，开关主间隙10 mm，电极材料采用304不锈钢，触发结构设计成盘环嵌套结构。实验结果表明：预电离能够显著减小低工作系数下触发管气体开关的触发时延和抖动。对于ns级快脉冲触发，预电离时刻越早，开关击穿时延和抖动越低。在30 kV/8 ns触发脉冲作用下，脉冲预电离触发的触发管开关在80%工作系数时，平均时延约为40 ns，抖动小于1 ns。
预电离 触发管 触发特性 低抖动 preionization trigatron triggering characteristics low jitter 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2507
俄罗斯科学院 西伯利亚分院强电流研究所， 托木斯克 634055
研究了脉冲宽度为25~40 ns的放电脉冲XeCl准分子激光器的工作参数。 结果显示，激光器产生的脉冲能量为0.2~0.7 J，重复频率为100 Hz，表明在泵浦功率为2.8~3.3 MW/cm3时，激光器实现了2.6％的激光效率和3.8％的本征效率。
准分子激光器 泵浦功率 体放电 预电离 激光效率 脉冲持续时间 气体混合物 excimer laser pumping power bulk discharge preionization laser efficiency pulse duration gas mixture
1 中国科学院 电子学研究所,北京 100190
2 中国科学院 研究生院,北京 100049
高功率气体激光器的非对称复杂电极系统中,电极参数的变化以及预电离结构的引入将会使所设计的均匀电场发生具体的改变。采用高精度有限元方法,对这类复杂电极系统进行建模并且计算其电场分布,根据分析结果更合理地指导激光器设计。对一种典型的非对称复杂电极系统TEA CO2激光器,应用该方法并结合了预电离过程,研究了引入预电离器导体和变化电极形状对电极表面的电场强度起伏和放电空间的均匀电场面积产生的影响。结果表明:通过这种预先模拟,合理选择电极构型参数和预电离结构安装位置,可以产生性质较好的均匀电场以及效率较高的激光输出。
TEA CO2激光器 气体放电 印刷电路板预电离 均匀场电极 电场计算 TEA CO2 laser gas discharge PCB Preionization uniform field electrode electric field calculation
详细研究了一台增益体积为1.17 L, 采用pulser/sustainer技术激励的高重复频率长脉冲紫外预电离TE CO2激光器的运转特性。激光器最高脉冲重复频率100 Hz, 输出激光脉冲半峰全宽(FWHM)约23.0 μs。实验记录了稳定辉光放电与有起弧的辉光放电时激光器的放电电压/电流波形; 测量得到当sustainer充电电压从12 kV到30 kV时, 激光器输出脉冲能量从约0.40 J变化上升至约4.0 J, 观察到在同一sustainer充电电压下, 激光器输出平均功率随脉冲重复频率线性变化; 监测到激光器以sustainer充电电压22 kV, 重复频率100 Hz连续工作10 min时, 输出平均功率仅从最大257 W下降至247 W。实验数据表明, 与采用低感快脉冲放电激励相比, 这种新型的长脉冲TE CO2激光器具有增益开关效应小、输出动态范围大、“起弧适应性”好、输出平均功率下降慢等特点。
激光技术 长脉冲TE CO2激光器 紫外预电离 pulser/sustainer技术 高重复频率
为了发展一种引发脉冲HF／DF激光器的新型放电技术。采用均匀粗糙表面的阴极在注入能量密度高达200J／L时仍可在激光介质中获得均匀稳定的体放电。优点是无需任何预电离，且对电极面型无特殊要求。针－盘电极实验表明，在非链式脉冲HF／DF激光介质中单通道放电表现为扩散均匀的辉光放电，板－板电极的体放电从粗糙阴极开始，阴极表面产生许多明亮的圆形亮点，每一个亮点随后形成一条向阳极扩散的通道，这些扩散的通道相互重叠形成了空间均匀的体放电。初步实验结果表明，采用这种技术可以实现高能、高重复频率的脉冲HF／DF激光输出。
激光器 非链式HF／DF激光器 自引发体放电 无预电离 lasers non-chain HF/DF laser self-initiated volumed incharge without preionization
