为了提高表面放电光泵浦源的寿命, 以Al2O3陶瓷作为放电基板, 研制了分段表面放电光泵浦源。基于放电电压和电流波形, 详细研究了泵浦源的放电周期, 放电通道电阻, 能量沉积效率和等离子体功率密度。发现泵浦源的放电周期、放电通道电阻和能量沉积效率均随放电间隙长度和混合气体气压的增大而变大, 随充电电压的增加而减小; 而等离子体功率密度主要取决于充电电压和放电间隙长度, 基本不随混合气体气压的改变而变化。在充电电压为268 kV, 气压为100 kPa, 放电间隙长8 cm的条件下, 泵浦源的能量沉积效率约为82％, 等离子体功率密度达到了936 MW/cm。实验研究表明: Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源具有良好的放电特性, 较同等条件下聚四氟乙烯表面放电光泵浦源的等离子体功率密度更高, 可产生更强的真空紫外辐射, 辐射亮度温度大于23 kK。Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源适用于光泵浦XeF2气体形成大功率XeF(C-A)蓝绿激光。

为研究一种可用于雷达领域的新型冷却技术, 本文研究了高电压下共面薄膜电极之间的DC表面放电现象。设计制作了一系列具有不同参数且带有一个阳极针尖以及两个对称布置阴极的样机, 通过改变基底表面粗糙度以及不同的结构参数(如凹槽深度、凹槽宽度以及阴极长度等)进行实验测试。结果表明: 主要受到基底表面离子迁移率的影响, 凹槽深度对于共面薄膜平面电极的表面放电现象影响最大; 表面放电的电流稳定性随着深度的增加而增加; 而放电起始电压则随着深度的增加而减小; 离子与平面基底之间的流体阻力影响相对较小。共面薄膜电极表面放电的研究对于推动电冷却技术在雷达技术领域的应用具有重要意义。

基于Al2O3陶瓷、BN陶瓷和聚四氟乙烯三种基底建立了分段表面放电光泵浦源,对比研究了这三种表面放电光泵浦源的电学特性、辐射特性和烧蚀特性.利用放电波形计算了表面放电光泵浦源的等效电感、等效电阻和沉积效率,应用光谱法比较了它们的紫外辐射强度,并采用平均线烧蚀率评估了三种泵浦源的耐烧蚀性能.通过比较研究发现,在充电电压为13.5~26.8 kV、间隙长度为8 cm、放电室内混合气体气压为100 kPa条件下,三种泵浦源中 Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源的沉积效率最高,大于82%;辐射光谱具有紫外增强效应,紫外辐射最强;平均线烧蚀率最小(小于0.15 μm/shot),耐烧蚀性能最好.研究结果表明采用Al2O3陶瓷表面放电光泵浦源作为大功率重频XeF蓝绿激光器的泵浦源,可提高XeF蓝绿激光器的寿命.

采用压力传感器,分析XeF(C→A)激光器高电压表面放电光泵浦方式不同位置、不同放电电压条件下冲击波特性.研究结果表明,表面放电等离子体膨胀产生的冲击波持续时间为ms量级,在冲击波过后伴随有相对较弱的压力波.随着充电电压增加,放电过程释放能量增多,冲击波峰值压强也变大,最大压强可达1 MPa,同时冲击波峰值延后,冲击波持续时间变长.

以高纯度Al2O3陶瓷作为放电基底, 研制了重复频率表面放电光泵浦源模块, 详细地讨论了流气条件下泵浦源的放电抖动和辐射强度波动, 并采用高速相机拍摄了泵浦源的放电等离子体图像, 研究了等离子体的空间稳定性。研究发现：在流气状态下, 泵浦源的重复频率为1～5 Hz时, 泵浦源的放电抖动与放电等离子体的空间稳定性受充电电压和气体流量的影响较大, 随运行频率的变化较小；辐射强度波动主要与充电电压相关, 基本不受气体流量和重复频率变化的影响;在大流量条件下, 提高充电电压, 可以有效降低混合气体流动对泵浦源放电抖动的影响, 减小辐射强度波动, 改善放电等离子体的空间重复性;当充电电压达到26.8 kV时, 气流量在60～300 L/min范围内, 泵浦源的放电抖动可以小于45 ns, 辐射强度波动小于2%, 放电等离子体有很好空间稳定性。研究结果表明该表面放电光泵浦源模块在流气条件下具有良好的重复频率运行稳定性。

为了研究表面放电光泵浦源的重频运行稳定性，以高纯度Al2O3陶瓷作为放电基底，研制了重频分段线性表面放电光泵浦源模块，研究了不同条件下泵浦源模块的放电抖动和辐射强度波动。研究发现，当重复频率在1~10 Hz时，泵浦源的放电抖动主要受充电电压、触发脉冲电压和放电间隙长度的影响，随运行频率的变化较小；辐射强度波动主要与充电电压相关，基本不受混合气体气压和重复频率变化的影响。在合适的条件下，泵浦源的放电抖动<30 ns，辐射强度波动优于2%。研究结果表明，该光泵浦源模块的重频运行稳定性良好。

介绍了平台式和斜坡式两种结构的表面放电辐射源,研究了在1.0 μF和1.5 μF储能电容、15～30 kV充电电压等实验条件下两种辐射源的放电特性,并对实验结果进行了比较分析.得到如下结论:对于斜坡式辐射源,增加电极间距可导致放电回路面积增大,因此等效电阻和等效电感也将增加;在相同电压及电容值条件下,斜坡式辐射源的放电电流、平均沉积功率均小于平台式辐射源的相应值,但放电沉积效率略大;电压升高使放电周期、电流达到峰值时间及放电沉积效率呈减小趋势,对于同一种辐射源,使用1.5 μF电容时放电回路参数更加匹配,放电沉积效率得到提高.

介绍了多通道表面放电光泵浦源的设计,理论分析了触发电压幅值及上升时间、绝缘基板厚度等参数对所设计光泵浦源触发特性的影响.分析表明:在触发电压作用下,通道两电极处电场出现强烈畸变,而通道中间电场基本为零.采用高速相机拍摄泵浦源的放电图像以及电流线圈测量各通道的放电电流这两种方法实验研究了泵浦源的同步性及放电均匀性.当氮氩混合气体总气压为0.1 MPa (氮氩体积比为3:7),充电电压20 kV,触发电压30 kV,前沿约10 ns时,成功实现了10通道均匀放电,抖动约20 ns.实验结果表明:在保证放电装置绝缘良好的情况下,若充电电压和触发电压越高,触发电压上升时间越短,触发电极至通道的有效距离越短,则多通道放电的抖动就越小,放电均匀性越好.

利用一种结构紧凑的分段表面放电辐射源模块,详细研究了在不同电压、电容、气压实验条件下回路等效电阻、等效电感及放电能量沉积效率的变化规律,利用四分幅相机拍摄获得了不同实验条件下的放电等离子体通道图像,分析讨论了放电等离子体运动对放电能量沉积效率的影响,提出了提高能量放电沉积效率的有效途径.

设计了伪火花开关的陶瓷材料表面放电触发器,该触发器体积小,结构简单,可焙烧.经大量实验(>105次)表明,较传统的表面放电触发器可靠性提高,寿命延长,用它触发的伪火花开关(放电电压30～2kV)具有稳定的放电时延(50～340ns)和时延抖动(15～40ns).由于触发电流大,因此可在极低的开关电压下触发开关,对耐受电压30kV的伪火花开关,其最低可触发开关电压可至600V.