[發明專利]溫度氣壓可控的激光誘導高壓放電模擬系統

在審

• 申請號: 201510054206.7
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104635127A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 王鐵軍;魏迎霞;李儒新;劉建勝;鞠晶晶;劉堯香
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R31/16
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術領域

本發明涉及高壓放電，特別是一種溫度氣壓可控的激光誘導高壓放電模擬系統。

背景技術

雷電是自然界最為壯觀和最重要的大氣現象之一，同時也是自然災害中引起災害最重的十大災害之一。雷電發生的頻率較高，全世界平均每分鐘發生1-3次云對地閃電，50％以上的森林火災是由雷電引發的，每年雷擊造成經濟損失10億美元以上，而我國每年約有10500人死于雷擊事件。因此，研究雷電的防護問題尤為重要。隨著飛秒激光技術的迅猛發展，高強度飛秒激光在空氣中傳輸可以產生一條低電阻的長程等離子體通道，又稱飛秒光絲。基于飛秒光絲可以誘導高壓放電的特性，利用飛秒光絲開展引雷和避雷方面的研究吸引了各國政府和研究人員的高度關注。另外，飛秒光絲誘導高壓放電和傳輸高功率電能在軍事和民用兩個領域都有潛在的重要應用。因此，開展相關的基礎研究和應用探索研究具有十分重要的意義。

上述應用研究的核心技術是利用飛秒光絲觸發高壓放電和誘導高壓電能傳輸。一般研究飛秒激光成絲誘導高壓放電的模型有針-板電極、板-板電極、針-球電極、球-球電極、板-球電極等等，一電極加高壓，另一電極接地或者負高壓。因此設計簡易的系統來演示和研究這一重要過程，尤其是飛秒光絲傳導高壓電能的過程尤為關鍵。

雷電的形成過程受到氣壓、溫度、濕度等環境因素的影響。直接開展激光大氣引雷實驗是一個龐大的多方面協助的工程，受雷暴云天氣自?然條件、高脈沖能量的飛秒激光系統及雷電檢測系統等多方面的限制，因此，開展前期的基礎研究,如飛秒光絲誘導高壓電暈放電和對地擊穿放電等，無論是對于引雷，還是避雷，或者是高壓電能的遠程超精細傳輸和操控都具有重要的指導意義。因此，開展上述相關研究，需要一個專門的氣壓和溫度可控的系統。

發明內容

本發明目的在于解決上述現有技術存在的問題，提出一種溫度氣壓可控的激光誘導高壓放電模擬系統，該系統結構簡單，操作安全方便，可模擬不同環境、進行多模式放電研究的實驗系統。

本發明的技術解決方案如下：

一種溫度氣壓可控的激光誘導高壓放電模擬系統，特點在于其構成包括：飛秒激光器、透鏡、金屬實驗箱、光束收集裝置、高壓電源、抽氣裝置、制冷裝置、有機玻璃襯底、第一絕緣塑料桿、第二絕緣塑料桿和第一電極、第二電極；

所述的金屬實驗箱由金屬實驗箱體和金屬實驗箱蓋構成，所述的金屬實驗箱體的四個側面的中心分別設有第一激光通光窗口、第二激光通光窗口、光譜探測窗口和放電現象觀察窗口，所述的四個窗口均安裝透明有機玻璃密封，所述的金屬實驗箱蓋上設有與所述的抽氣裝置連接的抽氣裝置閥門、與所述的制冷裝置連接的制冷裝置閥門、供所述的高壓電源的高壓電纜接入的高壓導線通孔。在所述的金屬實驗箱體的四個側面的內壁涂有黑漆層，外壁上覆蓋絕熱材料，在所述的金屬實驗箱體的底面設有置有陣列螺孔的有機玻璃襯底，第一絕緣塑料桿和第二絕緣塑料桿分別固定在所述的絕緣有機玻璃襯底的螺孔中，第一電極經第一絕緣轉換體與第一絕緣塑料螺桿固定連接，第二電極經第二絕緣轉換體與?第二絕緣塑料桿固定連接；

沿所述的飛秒激光器發射的激光光束方向依次放置所述的透鏡、金屬實驗箱和光束收集裝置，使所述的透鏡、金屬實驗箱的第一激光通光窗口的中心、第一電極的尖端、第二電極的尖端、第二激光通光窗口的中心和光束收集裝置同光軸，所述的第一電極經高壓電纜與所述的高壓電源相連。

所述的金屬實驗箱體由底面和圍成一圈的四側面構成，所述的金屬實驗箱蓋設置在所述的金屬實驗箱體的頂面，并通過緊固螺絲釘與金屬實驗箱體固定連接，兩者相連部位用橡膠填充，保證密封性。

所述的金屬實驗箱蓋上設置抽氣裝置閥門、制冷裝置閥門和高壓導線通孔，三處均用絕緣密封膠封好。

所述的抽氣裝置和制冷裝置設有顯示所述的金屬實驗箱內氣壓和溫度的顯示屏。

所述的四個窗口均安裝有透明有機玻璃。

所述的金屬實驗箱安全接地且密閉。

在所述的金屬實驗箱蓋上設有絕緣把手。

所述的絕緣塑料桿一端有螺紋，可固定于所述的絕緣有機玻璃襯底之上。

與現有技術相比，本發明的技術效果如下：

(1)能夠較好的用于激光誘導高壓放電的基礎研究，電極采用針-針模型有利于演示放電過程；

(2)金屬實驗箱內部的絕緣有機玻璃襯底、絕緣塑料桿和絕緣轉換體，既實現了電極與金屬箱體的有效絕緣，又能夠方便調節電極與電極、電極與光絲之間的距離；