[发明专利]一种基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关及方法在审

专利信息
申请号: 201510205186.9 申请日: 2015-04-27
公开(公告)号: CN104779944A 公开(公告)日: 2015-07-15
发明(设计)人: 吴坚;李兴文;杨泽锋;贾申利;魏文赋 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: H03K17/78 分类号: H03K17/78
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 陆万寿
地址: 710049 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 轴向 径向 激光束 多点 触发 间隙 开关 方法
【权利要求书】:

1.一种基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:包括由地电极(9)和高压极(10)构成的高压直流空气间隙(1)、用于建立一条轴向激光光束和至少一条径向激光光束的光路系统(4)以及用于监测激光光束状态的监测系统;激光器(2)产生的激光由光路系统(4)的入射端进入,高压直流空气间隙(1)的两端接直流高压;轴向激光光束由地电极(9)进入高压直流空气间隙(1),沿高压直流空气间隙(1)电场线的方向聚焦至高压极(10)表面,用于诱导高压电极产生等离子体;径向激光束垂直于轴向激光束,并聚焦在高压直流空气间隙(1)的轴线处,用于诱导空气产生等离子体,轴向激光和径向激光产生的等离子体共同诱导高压直流空气间隙(1)发生击穿。

2.根据权利要求1所述基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:所述监测系统包括用于记录激光波形和馈入时刻的光电二极管(7)、用于记录激光能量的激光能量计(11)以及用于记录激光等离子体位置的相机。

3.根据权利要求1或2所述基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:所述光路系统(4)包括设置于入射光路上的第一分束镜(12),第一分束镜(12)将入射激光分为两路,一路透射光作为轴向激光束由光路系统射出,经第一反光镜(5)反射后由第一透镜(6)进入高压直流空气间隙(1),并聚焦在高压极(10)的表面;另一路反射光经第二反射镜(16)进入第二分束镜(13),第二分束镜(13)将入射激光分为两束,一路透射光作为径向激光束经第二透镜(17)射出,聚焦在高压直流空气间隙(1)的轴线处;另一路反射光进入激光能量计(11)。

4.根据权利要求3所述基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:所述第二分束镜(13)的反射光路上还设置有第三分束镜(14),第三分束镜(14)的反射光路上还设置有第四分束镜(15);第二分束镜(13)的反射光进入第三分束镜(14)后分为两路,一路反射光作为径向激光束经第三透镜(18)射出,聚焦在高压直流空气间隙(1)的轴线处,另一路透射光进入第四分束镜(15);第三分束镜(14)的透射光进入第四分束镜(15)后分为两路,一路反射光作为径向激光束经第四透镜(19)射出,聚焦在高压直流空气间隙(1)的轴线处,另一路透射光进入激光能量计(11)。

5.根据权利要求3所述基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:所述第一分束镜(12)的透射/反射比为1/1,第二分束镜(13)的透射/反射比为1/4,第三分束镜(14)的透射/反射比为1/3,第四分束镜(15)的透射/反射比为1/2。

6.根据权利要求3所述基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:所述地电极(9)的中心开设有能够使轴向激光束穿过的通光孔(20)。

7.根据权利要求6所述基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:所述通光孔(20)的直径为1mm。

8.根据权利要求3所述基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:所述激光器(2)接收数字延时发生器(3)发出的动作命令,从而与其它系统进行时间关联。

9.根据权利要求3所述基于轴向和径向激光束多点触发的间隙开关,其特征在于:所述数字延时发生器(3)和光电二极管(7)均与用于测量激光信号和放电击穿信号的示波器(8)相连。

10.一种采用权利要求3所述间隙开关的基于轴向和径向激光束多点触发间隙开关的方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)高压直流空气间隙(1)两端接直流高压,当动作指令到来后,触发数字延时发生器(3),数字延时发生器再输出信号触发激光器(2);动作指令与数字延时发生器(3)输出信号间的时间间隔由数字延时发生器进行调整;

2)激光器(2)输出纳秒高功率激光后,由光路系统(4)分成一束沿轴向传播的轴向激光束和至少一束沿径向传播的径向激光束;轴向激光束由地电极(9)的中心通光孔(20)进入高压直流空气间隙(1)后,聚焦至高压极(10)的表面,诱导高压极(10)产生初始等离子体;径向激光束聚焦至电极轴线上的不同位置处,诱导产生空气等离子体;在初始等离子体和多处空气等离子体的共同作用下,高压直流空气间隙(1)发生击穿。

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