1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川绵阳 621999
2 许继电源有限公司, 河南许昌 461000
脉冲氙灯瞬态放电电流诊断单元是惯性约束聚变 (ICF)激光装置中能源系统的重要组成部分, 基于对其面临的强电磁干扰、噪声耦合、多路并行采集电路拓扑约束等问题的分析, 提出了一种多级隔离和基于现场可编程门阵列 (FPGA)的多路并行架构的诊断单元设计方法, 并依据该方法完成了样机研制。实验表明, 诊断单元的电流测量范围为 0~25 kA, 采样率为 200 kHz, 测量准确度优于± 0.5%, 满足 31 kV工作点电压下 20路脉冲氙灯放电电流的同步诊断需求。相比传统设计, 该方法具备更强的电磁兼容性和更高的并行采集设计集成度。
脉冲氙灯 能源组件 电流波形 电磁干扰 并行采集 pulsed xenonlamp energy component current waveform electromagnetic interference parallel acquisition 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(2): 342
1 浙江工业大学 计算机科学与技术学院，杭州 310023
2 浙江工业大学 信息工程学院，杭州 310023
针对现有的短弧脉冲氙灯电源存在明显的阻尼振荡等现象，提出了一种基于反激拓扑方法与RC隔离触发网络的短弧脉冲氙灯驱动电源设计。驱动电源采用24 V输入，主电压通过反激拓扑结构产生700～1000 V连续可调输出，脉冲触发电压电路采用二级级联升压电路产生5～7 kV脉冲输出，主电压和脉冲触发电压经过RC隔离触发网络后对脉冲氙灯进行驱动点亮。对驱动电源各个模块进行了设计与实现，将RC隔离触发网络仿真与实际触发波形对比，并比较分析了主电压在不同电压下的充放电波形。实验结果表明，所设计的驱动电源点亮短弧脉冲氙灯的成功率达100%，验证了所设计驱动电源的可行性；所设计的驱动电源充放电总时间最大值为5.63 ms，为短弧脉冲氙灯提供了较高的闪烁频率；所设计的驱动电源与文献对比将阻尼振荡范围从32.24%降低到4.7%，有效抑制了放电产生的阻尼振荡，避免对储能电容造成二次充电，有效提高了储能电容及短弧脉冲氙灯的放电次数及寿命。
脉冲氙灯 反激拓扑 RC隔离触发网络 阻尼振荡 xenon flash lamp flyback topology RC isolation trigger network damped oscillation 强激光与粒子束
2021, 33(3): 035002
中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
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。
高速摄影 脉冲氙灯 PFN电路 high-speed photography pulsed xenon lamp PFN circuit 强激光与粒子束
2019, 31(2): 021001
1 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
高功率激光装置中的片状放大器普遍采用高功率脉冲氙灯作为抽运源, 氙灯的辐射光谱与片状放大器的增益性能密切相关。基于暗室中搭建的时间分辨率为2 μs的氙灯光谱测试系统, 测试氙灯在不同放电时刻的辐射光谱。结果表明: 相同电流密度对应的上升沿、下降沿时刻的氙灯辐射光谱存在显著差别, 上升沿光谱的分立谱明显; 当电流密度为0.866 kA·cm-2时, 如果不施加预电离, 上升沿的辐射光谱能量比下降沿低48%, 施加预电离后这种差距缩小至24%; 预电离可以有效提高上升沿时刻的光谱强度, 是提高氙灯辐射效率的有效途径之一; 对氙灯辐射光谱的原模型进行修正, 可使其与测试光谱数据更吻合。
激光器 激光放大器 时间分辨光谱 预电离 电流密度 脉冲氙灯 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 101407
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
对540 mm×18 mm、极间距250 mm、充气压力26 kPa的脉冲氙灯进行分析计算,研制了一台具有手动和外触发功能、氙灯充电电压2.5～4.5 kV、输出脉冲电流幅度3～6 kA、脉冲宽度约230 μs的脉冲氙灯电源,给出了单次触发情况下的实验结果。设计基于晶闸管移相调压方式,经由隔离模块、PLC控制构成的闭环反馈回路,控制调压模块对储能电容器线性充电; 通过IGBT半导体开关器件产生脉冲信号,经脉冲变压器升压后触发氙灯,使氙灯导通发光。采用简单、可靠的绕丝触发方式和控制信号隔离、电容器一端接地等方法,有效抑制了地电位抬高,提高了氙灯电源的可靠性和抗干扰能力。通过百次的实验,脉冲氙灯电源能100%点亮负载氙灯,满足实际使用要求。
脉冲氙灯 PLC控制 脉冲形成电路 高可靠性 pulse xenon lamp PLC control IGBT IGBT pulse forming circuit high reliability 强激光与粒子束
2017, 29(6): 065004
中国科学院 上海光学精密机械研究所 高功率单元技术研发中心, 上海 201800
研究了惯性约束聚变高功率激光驱动器使用的脉冲氙灯灯管(复合石英灯管和掺铈石英灯管)的光谱性能和抗冲击性能。分别对新复合石英灯管、新掺铈石英灯管、放电14 000发次的复合石英灯管、放电14 000发次的掺铈石英灯管进行了光谱透过率测试和实验对比。结果显示: 复合石英灯管和掺铈石英灯管光谱性能都达到了高功率脉冲氙灯灯管的光谱指标, 但掺铈石英灯管光谱透过率比复合石英灯管高约1%。对复合石英灯管和掺铈石英灯管进行了成分测试以验证其光谱性能。结果表明: 除铈以外, 掺铈石英灯管的其他金属杂质含量均低于复合石英灯管, 认为其是掺铈石英灯管光谱性能优于复合石英灯管的一个原因。模拟了氙灯的放电运行, 分别对复合石英灯管和掺铈石英灯管进行了动态抗冲击性能测试。结果表明, 复合石英灯管的抗冲击性能较掺铈石英灯管高约6%。
惯性约束聚变 高功率脉冲氙灯 复合石英灯管 掺铈石英灯管 透过率 抗冲击性能 Inertial confinement fusion high power pulsed xenon lamp composite quartz tube cerium doped quartz tude transmissivity Shock resistance 光学 精密工程
2016, 24(12): 2988
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
作为分析仪器和医疗仪器光源, 脉冲氙灯的光谱特性直接影响着仪器的整体性能。 为了研究脉冲氙灯放电回路参数及几何参数对其光谱特性的影响, 利用气体放电理论分析了脉冲氙灯发光过程, 设计了光谱检测系统, 实验测定了脉冲氙灯在不同放电参数下的光谱特性。 结果表明: 脉冲氙灯光谱由连续谱和线状谱组成, 连续谱有离子复合和韧致辐射产生, 线状谱由电子能级跃迁产生。 相对光谱辐射能量随着放电电压升高呈近似线性增长、 并随着储能电容的变大而变大。 在放电电压较低时, 弧长较短时相对光谱辐射能量较大; 在放电电压较大时, 弧长越长相对光谱辐射能量越大。 对于脉冲氙灯工作参数选取以及应用生产具有重要的意义。
光源 脉冲氙灯 光谱特性 相对光谱辐射能量 放电回路参数 Light source Xeon flash lamp Spectral characteristic The relative spectral intensity Discharge loop parameters 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2674
1 电子信息测试技术安徽省重点实验室, 安徽 蚌埠 233010
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所, 安徽 蚌埠 233010
3 蚌埠电子信息产业技术研究院, 安徽 蚌埠 233010
针对IEC60904.9标准规定的光谱辐照度分布波长范围不能满足铜铟镓硒薄膜等宽光谱太阳电池伏安特性测试需求, 提出了一种适用于工业生产用的大面积宽光谱太阳模拟器光机结构设计思路。依据IEC60904.3标准拓宽光谱波长范围为400~1200nm, 并给出各光谱波段评判依据。详细介绍了宽光谱AM1.5G滤光片设计方法, 并通过组合滤光片与单组滤光片进行比对试验, 采用组合滤光片可使整体匹配偏差由9.4%缩小至5.4%。试验表明: 采用组合滤光片可有效降低光源因角度效应造成大面积测试面光谱匹配不均匀的难题。
宽光谱 太阳模拟器 光谱匹配度 AM1.5G滤光片 脉冲氙灯 wide spectrum solar simulator spectral matching degree AM1.5G filter signer flash xenon lamp
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了研究储能电容初始电压、电极间距、充气压及灯管内径等条件对脉冲氙灯电流脉冲和发光脉冲的影响, 在电极间距100~300 mm、充气压13.33~53.32 kPa、灯管内径6~12 mm、储能电容初始电压1.75~4.25 kV的条件下, 分别测量了脉冲氙灯的电流脉冲和发光脉冲的变化状况。测量得到脉冲氙灯的电流脉冲宽度和发光脉冲宽度均在15~45 μs之间。对比发现: 储能电容初始电压较高有助于获得高峰值、窄脉宽且滞后时间短的电流脉冲;具有较高充气压或较长电极间距的脉冲氙灯其电流脉冲与发光脉冲的峰值较小、脉冲宽度较大, 且发光脉冲滞后时间较长;较粗灯管内径虽然可以增加电流脉冲的峰值, 但电流脉冲的宽度被增宽, 发光脉冲峰值减小, 发光脉冲宽度展宽, 且延长了发光脉冲的滞后时间.
图像处理 高速摄影 脉冲氙灯 电流脉冲 光脉冲 脉冲宽度 滞后时间 Image processing High speed photography Flash lamps Current light Light current Pulse width Lag time
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
针对脉冲氙灯发光过程中光斑面积小、亮度高、脉冲闪烁的特性，提出了一种基于光学成像法捕捉氙灯发出的光脉冲。通过中性滤光片组衰减光脉冲，建立了基于电荷耦合元件(CCD)成像的光脉冲检测平台。利用脉冲氙灯控制器输出信号，触发控制连续脉冲成像，分析了脉冲氙灯发光的稳定性。通过控制脉冲高压驱动能量获得了光脉冲变化曲线。结果显示光脉冲强度随驱动回路中输入电能增加而增大，得到了与理论分析相吻合的结果。提出的光斑法可较好地应用于脉冲氙灯的光电工作特性的测试、生产质量检测和电极材料的优选。
成像系统 光电子学 发光特性 光斑成像 光脉冲 脉冲氙灯 激光与光电子学进展
2015, 52(6): 061101
