一種并列導通開關結構及具有該結構的脈沖氣體激光器制造技術

本發明專利技術涉及一種具有并列導通開關的脈沖氣體激光器，采用并列的多放電室結構,每個放電室采用由上電極、下電極和中間旋轉電極的三電極結構，并基于三電極結構實現多個放電室的同步導通。放電腔，包括主放電電極和下電極；所述主放電電極為保持絕緣距離排列的多段短電極，所述多段短電極與所述分列的電容器組中電容器組對應連接。多段同步放電激勵高功率脈沖氣體激光器，通過多列開關單元的并行導通解決了大能量激勵下脈沖功率開關負荷過大的問題，又通過多段電極形式解決了大體積高能量放電不均勻不穩定的問題，使高功率脈沖氣體激光器的功率水平大幅提升，也可以有效提升激光器系統的穩定性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高功率脈沖氣體激光器
具體地，涉及一種并列導通開關結構及具有該結構的脈沖氣體激光器。
技術介紹
隨著技術的進步，能量光電子產業在現代產業中變得越來越重要，而激光作為能量光電子產業的技術支撐也一直在快速發展。在市場應用的推動下，多波長和高功率一直是激光器技術發展的兩個主要方向。不同的波長，可以滿足不同領域的需要；而高功率則是提高激光器工作效率和改造傳統加工處理手段的必然選擇，對于激光加工和材料改性等應用領域來說，只要激光器功率可以提高，激光技術的價值就會變得越來越大，應用就會越來越深入和廣泛。在國外市場上，高功率激光器件占據市場份額的主要部分；而國內則是低功率器件為市場主導，據此也普遍認為國內的激光產業屬于低端水平，通過這樣一個產業技術水平的評判標準可也以看出激光器功率指標的重要。在激光器產品中，高功率脈沖氣體激光器因其輸出激光功率高、峰值功率高、工作波長多樣、耦合系數高、維護運行成本低等諸多優點，占據較為重要的位置。在國外市場上，高功率激光器件占據市場的主要部分；而國內則是低功率器件為市場主導，由此發展大功率激光器件成為產業提升的重要內容。對于一般的高功率脈沖放電激勵氣體激光器而言，注入能量制約著激光器的輸出水平，同時大體積均勻穩定放電也成為器件研究的技術重點。在能量注入上，形成高能激勵脈沖的開關系統無法承受大電流的沖擊，電極燒蝕嚴重。而在均勻放電方面，由于不得不采用大體積放電結構，電極型面的不平行度、起始放電本身的不確定性、放電等離子體復合程度、循環氣流不暢通等導致放電異常，這種異常放電會導致輝光向弧光的轉移；也會形成定點放電，定點放電既會形成弧光，也會造成電極燒蝕；這些情況輕者會導致激光器的功率輸出波動；重者會引起激光器發生短路，導致激光中斷甚至燒毀開關或放電腔。由此可見，發展大功率脈沖氣體激光器既要做到高能量注入以滿足功率輸出的需要，還必須要保證穩定可靠放電滿足使用性和實用性需要。
技術實現思路
為了有效克服現有高功率脈沖氣體激光器的技術問題，本專利技術提出一種并列導通開關結構及具有該結構的脈沖氣體激光器。具體地，所述激光器包括：并列導通開關，所述開關包括：并列的開關放電室，所述并列的開關放電室彼此隔離，并具有一貫通的旋轉軸；所述開關放電室具有：旋轉電極，設置于所述旋轉軸上；第一電極，設置于所述開關放電室一側；第二電極，設置于所述第一電極的相對側；所述并列的開關放電室中的旋轉電極彼此電連通；所述并列的開關放電室中的第一電極彼此電絕緣；所述并列的開關放電室中的第二電極彼此電連通。分列的電容器組，所述分列的電容器組中電容器組相互隔離，且與所述并列的開關放電室中的所述第一電極對應連接；放電腔，包括主放電電極和下電極；所述主放電電極為保持絕緣距離排列的多段短電極，所述多段短電極與所述分列的電容器組中電容器組對應連接。優選地，高壓觸發脈沖施加于所述旋轉電極，控制并列的開關放電室的同步導通。優選地，所述并列的開關放電室由圓筒形絕緣體形成。優選地，所述旋轉電極為鑲嵌于旋轉軸的圓筒形電極。優選地，所述開關放電室具有第一放電間隙和第二放電間隙；所述第一放電間隙位于所述旋轉電極與所述第一電極之間；所述第二放電間隙位于所述旋轉電極與所述第二電極之間；所述第一和第二放電間隙之間有高速氣體流過。優選地，所述并列的開關放電室之間通過隔離盤隔離。優選地，所述下電極為通長結構，與所述主放電電極首尾長度一致。本專利技術中還具有一種并列導通開關，所述開關包括：并列的開關放電室，所述并列的開關放電室彼此隔離，并具有一貫通的旋轉軸；所述開關放電室具有：旋轉電極，設置于所述旋轉軸上；第一電極，設置于所述開關放電室一側；第二電極，設置于所述第一電極的相對側；所述并列的開關放電室中的旋轉電極彼此電連通；所述并列的開關放電室中的第一電極彼此電絕緣；所述并列的開關放電室中的第二電極彼此電連通。本專利技術的有益效果是：1、脈沖開關承擔的負荷會有較大的降低，開關燒蝕會明顯減弱，濺射引起的絕緣降低也可以有效減少，開關間隙的循環氣體壓力和流量也不必過高。2、電極承受的導通能量也變為原本的幾分之一，減少電極的負擔。3、電極型面的高平行度容易實現，高平行度和降低的導通能量會使均勻放電得到保障，使主放電穩定性和可靠性極大加強。附圖說明下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細的說明；圖1為本專利技術實施例的多導通單元并列開關結構示意圖。圖2為本專利技術實施例的高功率脈沖氣體激光器放電回路示意圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步地詳細描述。由于激光器整機系統較為復雜，專利技術中激光器的充電部分屬于常規技術不再贅述，下面主要結合激光器的放電回路來說明專利技術所采用的技術方案。實施例一：以圖1為例，本專利技術的具有并列導通開關的脈沖氣體激光器，是具有多段同步放電功能的高功率脈沖氣體激光器，主要包括高能激勵脈沖形成開關系統和與之相匹配的主放電結構，由此解決大能量注入和穩定激勵的技術難題，使激光器實現高功率輸出和穩定工作。多導通單元并列結構開關，高能激勵脈沖形成開關系統，該開關系統主要結構為由圓筒絕緣體形成的開關放電室結構，中間為一貫通式旋轉軸。作為放電室，其他絕緣結構亦可作為放電室使用。圓筒的上、下兩方安裝導電電極，中間的貫通式旋轉軸也鑲嵌圓筒型電極。開關系統為上、下電極和中間的旋轉電極構成的三電極結構。每個導通單元上下方的固定電極和中間電極形成兩個放電間隙，這兩個間隙有高速氣體流過。當然，在三電極結構中，上下電極與中間旋轉電極只需保持相對位置均可以實現其功能，即上電極、下電極和中間電極實際位置可以設定。由三電極結構構成的多個導通單元沿圓筒軸向排列，彼此之間通過隔離盤隔離，形成相互隔離的放電室。中間旋轉電極接高壓觸發脈沖，同步控制所有單元的導通。上電極之間彼此電絕緣，中間電極和下電極是分別電連通的。圖1中，多導通單元并列結構開關如下：1為上電極，2為隔離盤，3為中間旋轉電極，4為轉動軸，5為下電極。實施例二：圖2為高功率脈沖氣體激光器放電回路的示意圖，10為多單元并列開關，20為分列的電容器組；30為放電腔。多段同步放電高功率脈沖氣體激光器，通過多列開關單元的并行導通解決了大能量激勵下脈沖功率開關負荷過大的問題，又通過多段電極形式解決了大體積高能量放電不均勻不穩定的問題，使高功率脈沖氣體激光器的功率水平大幅提升，也可以有效提升激光器系統的穩定性。縱列多段電極是激光放電腔的主放電電極，將高壓電極設置為多段短電極，并且縱向排列，當然，依據不同的放電腔特點，可以采取諸如陣列等其它排列方式。電極之間保持一定絕緣距離，下電極為通長結構，長度與縱向排列的上電極首尾長度一致。實施例三：例如圖1、圖2所示，一個開關單元中，一個電容組和一段電極三個部分形成一個回路。激光器放電系統由n組這樣的回路組成，當整個回路處于充電完成狀態時，施加一個50kV的高壓觸發脈沖于開關的中間軸，即施加于中間電極。電容器組分別經各自開關單元在相應電極段放電，對激光腔內的激光氣體實施放電激勵，經諧振腔后既可輸出激光。一般來說，如果電容器組總的儲能達到200J、導通功率達到100kW時，如果按照常規的技術方案，對于一個開關，或一個定長度的電極(例如1米長的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有并列開關放電室的脈沖氣體激光器，其特征在于，所述激光器包括：多個開關放電室，所述多個開關放電室并列設置、彼此隔離，并具有一貫通的旋轉軸；所述開關放電室具有：旋轉電極，設置于所述貫通的旋轉軸上；第一電極，設置于所述開關放電室一側；第二電極，設置于所述第一電極的相對側；所述多個開關放電室中的旋轉電極彼此電連通；所述多個開關放電室中的第一電極彼此電絕緣；所述多個開關放電室中的第二電極彼此電連通；多個電容器組，所述多個電容器組相互隔離、分列排列、且與所述第一電極對應連接；所述多個電容器組的每個電容器組包含多個電容器；放電腔，包括主放電電極和下電極；所述主放電電極為保持絕緣距離排列的多段短電極，所述多段短電極與所述分列的電容器組中電容器組對應連接。

【技術特征摘要】
1.一種具有并列開關放電室的脈沖氣體激光器，其特征在于，所述激光器包括：多個開關放電室，所述多個開關放電室并列設置、彼此隔離，并具有一貫通的旋轉軸；所述開關放電室具有：旋轉電極，設置于所述貫通的旋轉軸上；第一電極，設置于所述開關放電室一側；第二電極，設置于所述第一電極的相對側；所述多個開關放電室中的旋轉電極彼此電連通；所述多個開關放電室中的第一電極彼此電絕緣；所述多個開關放電室中的第二電極彼此電連通；多個電容器組，所述多個電容器組相互隔離、分列排列、且與所述第一電極對應連接；所述多個電容器組的每個電容器組包含多個電容器；放電腔，包括主放電電極和下電極；所述主放電電極為保持絕緣距離排列的多段短電極，所述多段短電極與所述分列的電容器組中電容器組對應連接。2.根據權利要求1所述的脈沖氣體激光器，其特征在于：所述下電極為通長結構，與所述主放電電極首尾長度一致。3.根據權利要求1所述的脈沖氣體激光器，其特征在于：高壓觸發脈沖施加于所述旋轉電極，控制并列的開關放電室的同步導通。4.根據權利要求1所述的脈沖氣體激光器，其特征在于：所述并列的開關放電室由圓筒形絕緣體形成。5.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭鴻雁，姜宏偉，王繼紅，張鐵民，嚴世勝，
申請(專利權)人：海南師范大學，
類型：發明
國別省市：海南;46