一種激光觸發(fā)高壓開關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光觸發(fā)高壓開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光觸發(fā)氣體開關(guān)是指利用激光脈沖聚焦于高壓開關(guān)電極的表面或者間隙，使得焦點(diǎn)及其附近的絕緣氣體電離形成等離子體，在電場(chǎng)作用下迅速發(fā)展成為火花放電通道使開關(guān)閉合。激光觸發(fā)氣體開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抖動(dòng)低、高穩(wěn)定性以及與電脈沖完全隔離等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)多臺(tái)脈沖源同步運(yùn)行的重要技術(shù)途徑，是脈沖功率技術(shù)發(fā)展的重要研宄內(nèi)容。
[0003]通常在脈沖功率技術(shù)中引入激光觸發(fā)開關(guān)的途徑有四種，如圖1所示:
[0004]I)在開關(guān)電極的軸向引入激光，聚焦后焦點(diǎn)位于另一電極的表面；這種情況需破壞電極的原有結(jié)構(gòu)，且光路調(diào)節(jié)復(fù)雜，電極表面容易燒蝕。
[0005]2)在開關(guān)電極徑向引入，聚焦后焦點(diǎn)位于兩電極之間，這種情況雖然不需破壞電極的原有結(jié)構(gòu)，但由于激光為點(diǎn)聚焦并且位于兩電極之間，需要激光的能量大，且觸發(fā)抖動(dòng)及延遲時(shí)間都會(huì)加大。
[0006]3)與第一種方式相似，但焦點(diǎn)位于另一電極內(nèi)部，更容易燒蝕電極。
[0007]4)與第一種方式相似，但激光聚焦后焦點(diǎn)位于兩電極間，存在的最主要的問題是破壞原有電極結(jié)構(gòu)。
[0008]基于此，現(xiàn)有技術(shù)確實(shí)有待于改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明需解決的技術(shù)問題是提供一種新的激光觸發(fā)開關(guān)，在不破壞電極原有結(jié)構(gòu)的前提下，減小開關(guān)的觸發(fā)抖動(dòng)時(shí)間及延遲時(shí)間，并降低觸發(fā)能量。
[0010]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種激光觸發(fā)高壓開關(guān)，其采用的技術(shù)方案如下:
[0011]所述激光觸發(fā)高壓開關(guān)包括激光器、光路系統(tǒng)和高壓開關(guān)腔；其中:高壓開關(guān)腔包括陰極和陽極；
[0012]激光器，用于產(chǎn)生初始激光束；
[0013]光路系統(tǒng)，用于將初始激光束在陰極和陽極之間形成線聚焦的激光束；
[0014]所述高壓開關(guān)腔(3)內(nèi)充有高壓氣體，所述線聚焦的激光束在高壓電場(chǎng)作用下放電，使開關(guān)導(dǎo)通。
[0015]優(yōu)選的，所述光路系統(tǒng)進(jìn)一步包括:準(zhǔn)直對(duì)鏡、擴(kuò)束單元、透光窗以及柱透鏡，其中:
[0016]準(zhǔn)直對(duì)鏡，用于將初始激光束準(zhǔn)直在陰極和陽極之間；
[0017]擴(kuò)束單元，用于將初始激光束進(jìn)行擴(kuò)束；
[0018]透光窗，位于高壓開關(guān)腔的表面，使得擴(kuò)束后的激光束進(jìn)入高壓開關(guān)腔內(nèi)；
[0019]柱透鏡，位于高壓開關(guān)腔內(nèi)，用于將激光束聚焦在陰極和陽極之間。
[0020]優(yōu)選的，所述光路系統(tǒng)還包括光闌；所述光闌位于擴(kuò)束單元和透光窗之間，用于調(diào)節(jié)擴(kuò)束后激光束的長度。
[0021]優(yōu)選的，所述光路系統(tǒng)，進(jìn)一步用于將初始激光束在陰極和陽極的軸線上形成線聚焦的激光束。
[0022]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023](I)相比于軸向引入光路，徑向引入無需破壞原有電極結(jié)構(gòu)，獨(dú)立、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷；
[0024](2)相比于點(diǎn)聚焦，該方法在開關(guān)電極之間形成線狀等離子體，在電場(chǎng)作用下迅速發(fā)展成為火花放電通道，使開關(guān)閉合，具有觸發(fā)延遲時(shí)間短、抖動(dòng)低、觸發(fā)能量低等特點(diǎn)；
[0025](3)激光聚焦在開關(guān)通道之間，而不是電極表面，具有對(duì)電極無損傷，能夠高重復(fù)頻率工作的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的四種激光觸發(fā)開關(guān)方式；
[0027]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的一種激光觸發(fā)高壓開關(guān)的示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的一種激光觸發(fā)高壓開關(guān)的軸向切面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030]如圖2所示，本發(fā)明提供一種激光觸發(fā)高壓開關(guān)，包括:
[0031]激光器1、光路系統(tǒng)2和高壓開關(guān)腔3 ;其中:高壓開關(guān)腔3包括陰極31和陽極32 ;
[0032]激光器1，用于產(chǎn)生初始激光束；
[0033]光路系統(tǒng)2，用于將初始激光束在陰極31和陽極32之間形成線聚焦的激光束；
[0034]所述高壓開關(guān)腔3內(nèi)充有高壓氣體，所述線聚焦的激光束在高壓電場(chǎng)作用下放電，使開關(guān)導(dǎo)通。
[0035]其工作原理如下:
[0036]激光器I產(chǎn)生的初始激光束經(jīng)光路系統(tǒng)2后，陰極31和陽極32之間形成線聚焦的激光束，激光束擊穿產(chǎn)生電子，在高壓電場(chǎng)作用下迅速發(fā)展為火花放電通道，使開關(guān)導(dǎo)通。由于激光在聚焦線處形成的電弧幾乎充滿整個(gè)開關(guān)間隙，能夠得到最小的開關(guān)延遲時(shí)間與抖動(dòng)，并且不破壞原有電極結(jié)構(gòu)，對(duì)電極表面無損傷。
[0037]優(yōu)選的，所述光路系統(tǒng)2將初始激光束在陰極31和陽極32的軸線上形成線聚焦的激光束，進(jìn)一步減小了開關(guān)延遲時(shí)間與抖動(dòng)，并降低了觸發(fā)能量。
[0038]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，所述光路系統(tǒng)2包括:準(zhǔn)直對(duì)鏡21、擴(kuò)束單元22、透光窗23以及柱透鏡24，其中:
[0039]準(zhǔn)直對(duì)鏡21，用于將初始激光束準(zhǔn)直在陰極31和陽極32之間；優(yōu)選的，準(zhǔn)直對(duì)鏡21使得初始激光束準(zhǔn)直在陰極31和陽極32的軸線上，保證最后聚焦的線狀激光束在陰極31和陽極32的軸線上。
[0040]擴(kuò)束單元22，用于將初始激光束進(jìn)行擴(kuò)束；
[0041]透光窗23，位于高壓開關(guān)腔3的表面，使得擴(kuò)束后的激光束進(jìn)入高壓開關(guān)腔內(nèi)；
[0042]柱透鏡24，位于高壓開關(guān)腔3內(nèi)，且位于透光窗23與陰極31之間，用于將激光束聚焦在陰極31和陽極32之間。
[0043]高壓開關(guān)腔3內(nèi)充高壓氣體，氣壓約為IMPa ;采用準(zhǔn)直對(duì)鏡21改變激光器I發(fā)出激光束的光路，利用擴(kuò)束單元22將激光束擴(kuò)大，通過透光窗23進(jìn)入高壓開關(guān)腔3內(nèi)，在高壓開關(guān)腔3內(nèi)利用柱透鏡24將激光束聚焦在陰極31和陽極32兩電極的軸線上，形成線狀激光束，激光束擊穿產(chǎn)生電子，在高壓電場(chǎng)作用下迅速發(fā)展為火花放電通道，使開關(guān)導(dǎo)通。
[0044]優(yōu)選的，所述光路系統(tǒng)2還包括光闌25 ;所述光闌25位于擴(kuò)束單元22和透光窗23之間，用于調(diào)節(jié)擴(kuò)束后激光束的長度。
[0045]本發(fā)明的光路系統(tǒng)不限于上述結(jié)構(gòu)，凡是能夠?qū)崿F(xiàn)將初始激光束在陰極31和陽極32之間形成線聚焦激光束的光路系統(tǒng)均滿足本發(fā)明的實(shí)施要求。
[0046]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn):
[0047](I)相比于軸向引入光路，徑向引入無需破壞原有電極結(jié)構(gòu)，獨(dú)立、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷；
[0048](2)相比于點(diǎn)聚焦，該方法在開關(guān)電極之間形成線狀等離子體，在電場(chǎng)作用下迅速發(fā)展成為火花放電通道，使開關(guān)閉合，具有觸發(fā)延遲時(shí)間短、抖動(dòng)低、觸發(fā)能量低等特點(diǎn)；
[0049](3)激光聚焦在開關(guān)通道之間，而不是電極表面，具有對(duì)電極無損傷，能夠高重復(fù)頻率工作的特點(diǎn)。
[0050]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光觸發(fā)高壓開關(guān)，其特征在于，所述激光觸發(fā)高壓開關(guān)包括激光器(I)、光路系統(tǒng)⑵和高壓開關(guān)腔⑶；其中: 高壓開關(guān)腔⑶包括陰極(31)和陽極(32); 激光器(I)，用于產(chǎn)生初始激光束； 光路系統(tǒng)(2)，用于將初始激光束在陰極(31)和陽極(32)之間形成線聚焦的激光束；所述高壓開關(guān)腔(3)內(nèi)充有高壓氣體，所述線聚焦的激光束在高壓電場(chǎng)作用下放電，使開關(guān)導(dǎo)通。
2.如權(quán)利要求1所述的激光觸發(fā)高壓開關(guān)，其特征在于，所述光路系統(tǒng)(2)進(jìn)一步包括:準(zhǔn)直對(duì)鏡(21)、擴(kuò)束單元(22)、透光窗(23)以及柱透鏡(24)，其中: 準(zhǔn)直對(duì)鏡(21)，用于將初始激光束準(zhǔn)直在陰極(31)和陽極(32)之間； 擴(kuò)束單元(22)，用于將初始激光束進(jìn)行擴(kuò)束； 透光窗(23)，位于高壓開關(guān)腔(3)的表面，使得擴(kuò)束后的激光束進(jìn)入高壓開關(guān)腔(3)內(nèi)； 柱透鏡(24)，位于高壓開關(guān)腔(3)內(nèi)，用于將激光束聚焦在陰極(31)和陽極(32)之間。
3.如權(quán)利要求2所述的激光觸發(fā)高壓開關(guān)，其特征在于，所述光路系統(tǒng)(2)還包括光闌(25)； 所述光闌(25)位于擴(kuò)束單元(22)和透光窗(23)之間，用于調(diào)節(jié)擴(kuò)束后激光束的長度。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的激光觸發(fā)高壓開關(guān)，其特征在于， 所述光路系統(tǒng)(2)，進(jìn)一步用于將初始激光束在陰極(31)和陽極(32)的軸線上形成線聚焦的激光束。
【專利摘要】本發(fā)明涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種激光觸發(fā)高壓開關(guān)；所述激光觸發(fā)高壓開關(guān)包括激光器、光路系統(tǒng)和高壓開關(guān)腔；其中：高壓開關(guān)腔包括陰極和陽極；光路系統(tǒng)，用于將激光器產(chǎn)生的初始激光束在陰極和陽極的軸線上形成線聚焦的激光束；所述高壓開關(guān)腔內(nèi)充有高壓氣體，所述線聚焦的激光束在高壓電場(chǎng)作用下放電，使開關(guān)導(dǎo)通；本發(fā)明在不破壞電極原有結(jié)構(gòu)的前提下，減小開關(guān)的觸發(fā)抖動(dòng)時(shí)間及延遲時(shí)間，并降低觸發(fā)能量。
【IPC分類】G05B19-02
【公開號(hào)】CN104656461
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510014302
【發(fā)明人】蘇建倉, 宋瑋, 朱曉欣, 王大輝, 胡祥剛, 譚維兵, 寧齊
【申請(qǐng)人】西北核技術(shù)研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月1日