[发明专利]一种激光触发多级真空开关

摘要

本发明属于高压大功率脉冲功率开关技术领域，具体涉及一种激光触发多级真空开关。一种激光触发多级真空开关，包括激光触发真空间隙、多级自击穿真空间隙和触发系统；多级自击穿真空间隙通过紧固连接件固定在激光触发真空间隙的上端，均压环套装于上绝缘外壳外部；本发明采用激光触发真空间隙和多级自击穿真空间隙串联技术，二者相互配合实现激光触发多级真空开关在高压、高重频、大功率脉冲功率系统中的应用；采用多路激光同时轰击触发靶材，增大激光对靶材的作用面积，产生更多初始等离子体，进一步提升激光触发真空开关的导通性能，采用激光触发多级真空开关，避免长期维护所需的复杂工艺和高额成本。

主权项

1.一种激光触发多级真空开关，其特征在于，包括激光触发真空间隙、多级自击穿真空间隙和触发系统；多级自击穿真空间隙通过紧固连接件(7)固定在激光触发真空间隙的上端，均压环(6)套装于上绝缘外壳(3)外部；所述的激光触发真空间隙包括下绝缘外壳(9)、触发上端盖法兰(8)、触发间隙屏蔽罩(19)、触发下端盖法兰(10)、阴极导电杆(15)、带多个靶电极的平板型阴极触头(20)、触发靶材(22)、带多个通光孔的平板型阳极触头(21)、带多个通光孔的阳极导电杆(11)、波纹管(23)、通光镜片(12)和隔挡板(13)；所述的下绝缘外壳(9)的上下两端开口分别由触发上端盖法兰(8)和触发下端盖法兰(10)密封；所述的触发间隙屏蔽罩(19)固定在下绝缘外壳(9)内，用于优化激光触发真空间隙内电场分布；所述的带多个靶电极的平板型阴极触头(20)和带多个通光孔的平板型阳极触头(21)相对布置，位于触发间隙屏蔽罩(19)内；带多个靶电极的平板型阴极触头(20)通过阴极导电杆(15)固定于触发上端盖法兰(8)上；带多个通光孔的平板型阳极触头(21)与带多个通光孔的阳极导电杆(11)直连，带多个通光孔的阳极导电杆(11)经波纹管(23)密封接于触发下端盖法兰(10)；带多个通光孔的平板型阳极触头(21)上的通光孔(14)位置和带多个靶电极的平板型阴极触头(20)上的触发靶材(22)位置一一对应；所述的通光镜片(12)密封接于带多个通光孔的阳极导电杆(11)底部，通光镜片(12)外套隔挡板(13)，隔挡板(13)固定在带多个通光孔的阳极导电杆(11)上，位于触发下端盖法兰(10)外，其上设有与通光孔(14)相对应的通孔；所述的多级自击穿真空间隙包括上绝缘外壳(3)、自击穿上端盖法兰(2)、自击穿间隙屏蔽罩(16)、自击穿下端盖法兰(4)、低压导电杆(1)、支撑绝缘子(18)、环形自击穿电极(17)和高压导电杆(5)；所述的上绝缘外壳(3)的上下两端分别由自击穿上端盖法兰(2)和自击穿下端盖法兰(4)密封，多个自击穿间隙屏蔽罩(16)竖向固定在上绝缘外壳(3)内部，优化多级自击穿真空间隙内电场分布；所述的高压导电杆(5)穿过自击穿下端盖法兰(4)密封固定，其上端与环形自击穿电极(17)等电位连接，下端与阴极导电杆(15)的上端连接；串联的多个环形自击穿电极(17)和支撑绝缘子(18)固定于多级自击穿间隙屏蔽罩(16)内部；所述的支撑绝缘子(18)为上部有圆柱状凸起，底部有圆柱状凹槽的带伞裙的柱状物，最底部的支撑绝缘子(18)与高压导电杆(5)配合连接，各支撑绝缘子(18)间相互配合，将多个环形自击穿电极(17)内环分别夹在中间；所述的环形自击穿电极(17)的中间空心圆直径与支撑绝缘子(18)上部圆柱凸起的直径相等，电极内环薄片厚度小于外环并与之一体连接，外环部分为主放电电极，串联间隙导通后，电流通过外环部分流通，改变外环部分结构及槽口类型可改变通流时间隙内磁场的方向和强度，第一级环形自击穿电极(17)内环夹在高压导电杆(5)和支撑绝缘子(18)之间，以此方式串联形成多级过压自击穿真空间隙；所述的低压导电杆(1)的底面带有配合支撑绝缘子(18)的凹槽，其上端穿过自击穿上端盖法兰(2)密封固定，下端凹槽经最后一级环形自击穿电极(17)与支撑绝缘子(18)顶部的凸起连接；所述的触发系统包括触发控制器(24)、激光器(25)、传输光纤(26)、4:1分光镜片(27)、3:1分光镜片(28)、2:1分光镜片(36)、1:1分光镜片(33)、全反镜片A(30)、全反镜片B(32)、全反镜片C(35)、全反镜片D(29)、聚焦镜片A(31)、聚焦镜片B(34)、聚焦镜片C(37)和聚焦镜片D(38)；所述的触发控制器(24)负责接收外部系统的动作指令，并通过传输光纤(26)控制激光器(25)动作，产生激光脉冲；激光器(25)发出的激光脉冲依次通过固定在激光器(25)输出端的多个分光镜片分光、全反镜片反射、聚焦镜片聚焦后形成上、下、左、右、中5路能量相等的平行激光；激光脉冲经过4:1分光镜片(27)分光，反射光经下方的全反镜片B(32)和聚焦镜片B(34)形成下路激光；激光脉冲透过4:1分光镜片(27)的激光经3:1分光镜片(28)分光、反射光经左侧的全反镜片C(35)和聚焦镜片C(37)形成左路激光；激光脉冲透过3:1分光镜片(28)的激光再经2:1分光镜片(36)分光、反射光经右侧的全反镜片D(29)和聚焦镜片D(38)形成右路激光；激光脉冲透过2:1分光镜片(36)的激光经1:1分光镜片(33)分光，反射光经上方的全反镜片A(30)和聚焦镜片A(31)形成上路激光；激光脉冲透过1:1分光镜片(33)的激光经过中心聚焦镜片形成中路激光；5路平行激光穿过通光孔(14)同时聚焦在触发靶材(22)表面，产生大量初始等离子体使激光触发真空间隙获得更短的导通延时；所述的分光镜片的分光比例、数量、位置，全反镜片的数量、位置以及聚焦镜片的数量、位置可根据靶材及通光孔的数量和位置进行调整，以形成更多束能量相等的平行激光。