[實用新型]一種基于脈沖氫閘流管和低阻抗電纜Blumlein脈沖形成線的等離子體電光開關驅動電路

有效

• 申請號: 201420537105.6
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN204089756U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 馮宗明;謝敏;鄧維軍;馮元偉;趙娟;李洪濤;劉金峰;馬成剛;龍燕;葉超;賈興;李亞維;馬軍;馮莉;李晏敏;代剛;曹寧翔;任青毅;丁明軍;黃斌;吳紅光;李巨;于治國;鄧明海;張雄軍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H03K17/52
• 分類號: H03K17/52
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術領域

本使用新型屬于激光等離子體電極電光開關驅動技術研究領域，屬于光電子學，具體涉及一種等離子體電極電光開關驅動技術，采用低阻抗電纜型Blumlein脈沖形成技術得到納秒級矩形高壓脈沖，用于激光等離子體電極電光開關的驅動脈沖，輸出矩形高壓開關脈沖的平頂幅度等于脈沖形成線充電電壓，具有充電電壓低、輸出方波高壓脈沖平頂波動小、脈沖形成電纜兼作脈沖傳輸電纜、系統結構緊湊等特點。?

背景技術

等離子體電極電光開關是高功率激光系統中激光束多程片狀功率放大原理得以實現的關鍵技術。在激光束通路上插入垂直放置的兩個線偏正器之間，放入KDP電光晶體，晶體軸向與光束傳播方向一致，在晶體的兩面腔體中充以低壓惰性氣體，采用高壓脈沖放電技術在惰性氣體中形成大面積均勻等離子體，該等離子體作為開關脈沖的加載電極，在激光束到達時刻對等離子體電極施加適當脈沖幅度的矩形高壓脈沖，該系統對激光束起到開關作用，當電光晶體上施加矩形高壓脈沖的幅度等于激光束90°偏轉電壓時，激光束通過，無脈沖電壓時，激光束無法通過。在激光等離子體電極電光開關驅動脈沖功率系統中，納秒級矩形高壓開關脈沖對激光開關性能具有關鍵性作用，高功率激光系統用等離子體電極電光開關對驅動開關脈沖的指標要求很高，主要表現在：輸出阻抗低、脈沖觸發延時時間抖動小、輸出矩形開關脈沖前后沿陡、輸出脈沖平頂擾動小、尾后波動小等特點。?

傳統的等離子體電極電光開關脈沖是在等離子體電極上并聯低阻抗純電阻負載，利用單人工線或電纜在該低阻抗（6.25W～50W）純電阻負載上得到矩形高壓開關脈沖，脈沖電壓的幅度在10kV～15kV，脈沖寬度50ns～500ns,脈沖前沿、后沿20ns～100ns,平頂波動小于2%，為后波動小于5%，延時時間抖動小于10ns。從美國Lawrence?Livermore?National?Laboratory的NIF高功率激光系統到我國最新研制的神光3高功率激光系統采用的等離子體電極電光開關的開關脈沖形成均采用了單人工線或電纜整形高壓矩形開關脈沖，所采用的開關器件均為脈沖氫閘流管，采用單人工線的優勢是脈沖氫閘流管的導通電感對脈沖波形的影響較小，缺點：A.是人工線的充電直流高壓必須為輸出矩形脈沖幅度的兩倍以上，因此脈沖氫閘流管的直流耐壓能力也必須選擇大于輸出脈沖幅度的兩倍以上，這些都不易于系統的絕緣和可靠性的提高；B.脈沖形成單元和脈沖傳輸單元分離，脈沖形成線阻抗、傳輸電纜阻抗以及普克爾盒并聯純電阻負載三者的阻抗必須嚴格一致，否者影響輸出矩形高壓脈沖的波形，為了克服人工線與等離子體電極電光開關終端負載的不匹配對矩形脈沖波形的影響，傳輸電纜的長度需取得大于輸出矩形脈沖寬度除以脈沖在電纜中的傳輸速率，對于輸出脈沖寬度200ns的矩形高壓脈沖，電纜中高壓脈沖的傳輸速率為每納秒5米，每套等離子體電極電光開關開關脈沖傳輸電纜的長度應當選取為不小于40m，對于陣列式高功率激光系統，所需采用的等離子體電極電光開關數量多達數十至上百套（神光3為64套，美國NIF為192套），脈沖傳輸電纜的數量將非常龐大。?

等離子體電極電光開關主要應用于大型陣列式多光束激光系統中，對于光束系數量在數十至數百范圍，所需的等離子體電極電光開關及驅動源體積非常臃腫，采用單開關驅動的等離子體電極電光開關是等離子體電極電管開關驅動技術的發展趨勢，其核心是即采用單開關脈沖加載到充有惰性氣體的KDP晶體兩端Pockel盒上，利用開關脈沖的前半段擊穿惰性氣體、形成大面積均勻高導等離子體，利用開關脈沖的后半段對激光進行電光調制，該思路設計巧妙，省略了原等離子體電極電光開關驅動等離子體形成所需的兩路預電離脈沖和兩路驅動主放電脈沖。等離子體電極電光開關驅動技術參見本文參考文獻，本使用新型是正對單開關脈沖驅動等離子電極電光開關技術特點和需求衍生出來的新型開關脈沖形成技術。Lawrence?Livermore?National?Laboratory的P.?A.?Arnold在文章《Pulsed?Power?Aspects?of?the?NIF?Plasma?Electrode?Pockels?Cell》指出等離子體電極電光開關對開關脈沖的技術要求，但對于對于采用單開關脈沖驅動等離子體電極電光開關技術及電纜型Blumlein開關脈沖產生技術未予涉及。目前，大型陣列式高功率激光系統對等離子體電極電光開關驅動脈沖的要求，存在的技術難點：驅動源脈沖形成單元數量多、絕緣可靠性要求高，傳輸電纜長、數量多。?

實用新型內容