建立了400 mm×400 mm口径单脉冲普克尔盒实验装置,采用小尺寸KDP晶体替代方案,完成了对400 mm×400 mm口径内不同区域时间特性的研究,并以此为依据获得使用全尺寸KDP晶体时普克尔盒的时间特性。通过对普克尔盒参数的优化设计,实现了全口径大面积高电导率等离子体的形成,气体击穿稳定,实验测得的普克尔盒不同区域的开关效率均大于99.5%。计算结果显示,在1200 Pa以及2000 Pa放电气压下,全尺寸KDP晶体普克尔盒的开关上升时间分别为78.4 ns和80.7 ns。

We numerically study thermally induced birefringence and distortion in plasma electrode Pockels cell based on KD*P as the electro-optic material. This device can repetitively operate under the heat capacity mode. Simulation results indicate that the excellent switching performances and low wave-front distortion are achieved within several tens seconds working time at average power in excess of 1 kW.

根据单脉冲过程电光开关气体放电的微观物理过程,提出了氦气放电的一维数值模型。用数值方法分析了气压对单脉冲过程电光开关的气体击穿、放电电流、KDP晶体两侧电压、开关效率、开关速度、等离子区电子温度及等离子体浓度的影响。数值计算结果表明,气压主要影响开关速度的快慢,而对开关效率的大小影响作用不大。在相同开关脉冲的驱动下,在气压较低的情况下,开关速度随气压增大而变快；而在气压较高的情况下,开关速度随气压增大而变慢。由此得到口径为8cm×8cm电光开关的最佳工作气压为1～4 kPa的结论。

单脉冲过程驱动电光开关与传统的等离子体电极电光开关不同,没有独立的大电流等离子体发生单元,可大幅度降低电光开关工程造价,提高其可靠性和稳定性。泡克耳斯盒主体采用一体化紧缩型结构,驱动源由一正一负两台开关脉冲发生器组成,采用仿真线成形技术。实验结果显示研制的80 mm×80 mm口径单脉冲过程电光开关具有较宽的气压工作范围,气体击穿延时稳定,采用脉冲激光器和光电二极管对其进行了开关特性测试,静态透射率为92.9%,静态消光比为3900,全口径平均开关效率为99.7%。

用于高功率惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的大口径电光开关均采用等离子体电极泡克耳斯盒。与传统的等离子体电极电光开关原理不同，单脉冲过程驱动电光开关没有独立的大电流等离子体发生单元，而只是通过具有较高幅值的正负开关脉冲完成对大口径电光开关的驱动。介绍单脉冲过程驱动等离子体电极泡克耳斯盒电光开关的设计，并建立280 mm×280 mm口径电光开关实验平台，利用连续激光器测试了电光开关特性，实验测得该电光开关中心处开关效率为99.3%，开关上升时间为90 ns。

通过对普克尔盒由于定向失误以及应力变形在静态及施加半波电压情况下引起的退偏损耗分析和计算,提出了等离子体电极普克尔盒中开关晶体的加工、装校要求以及半波电压平顶起伏指标;在静态条件下,利用研制的等离子体电极普克尔盒对普克尔盒晶体光轴与光束传播方向在不同夹角下的退偏损耗进行了测量.实验结果与计算结果基本相符.

高功率大型惯性约束聚变(ICF)激光驱动器大多采用等离子体电极普克尔盒(PEPC)抑制多程放大器的自激振荡和隔离反激光。采用并联驱动技术有利于实现等离子体电极普克尔盒电光开关小型化和降低成本,并可提高激光系统可靠性和稳定性。等离子体电极普克尔盒的并联驱动包括等离子体电极的并联驱动和普克尔盒充电的并联驱动。分析了等离子体电极电光开关并联驱动的途径和问题,通过采用电阻隔离和二极管退耦措施实现了预电离并联驱动,进而实现了等离子体电极的同步驱动;通过调节开关脉冲发生器输出波形及传输电缆长度,可实现普克尔盒充电的并联驱动,并给出了实验结果。

介绍了通光口径为300mm×300mm的等离子体电极电光开关驱动电源系统原理.该系统能产生时序上严格关联的两路幅值3kV、脉宽为500ms预电离高压脉冲;两路电压幅值为7kV、电流峰值为2kA的阻尼大电流、低抖动主放电脉冲;一路幅值为12kV、脉宽500ns低抖动矩形高压开关脉冲.这五路高压脉冲通过3根同轴电缆加载到充有惰性气体的纵向普克尔盒两边的阴阳电极上,对激光形成等离子体电极电光开关.

等离子体电极电光开关将用在多程放大系统光束反转器中,作为输出控制和抑制主放大前系统内的自激振荡,由于光束反转器空间限制,等离子体电极电光开关采用一体化结构设计.介绍了紧缩型等离子体电极电光开关特性,以及在多程放大系统中的应用.实验结果表明,等离子体电极电光开关具有优良的开关性能,全口径静态透过率为94%,开关效率为98.9%,能够有效抑制放大器产生的自激振荡.