高效率长寿命放电引发非链式脉冲df激光器复合电极的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极，属于激光【技术领域】，解决了现有小体积、小口径非链式脉冲DF激光器放电引发技术中电极间放电不均匀稳定，电极使用寿命短的技术问题。本发明的复合电极包括绝缘底座、由主放电阴极和主放电阳极构成的自引发电极及由固定火花针阵列、移动火花针阵列和钨杆阵列构成的预电离电极，所述固定火花针阵列和钨杆阵列均匀固定在绝缘底座上，且固定火花针阵列和钨杆阵列相对于自引发电极对称，每个钨杆的顶端安装有一个移动火花针，通过旋转移动火花针可调节固定火花针的针尖与移动火花针的针尖之间的距离。本发明的复合电极放电均匀稳定，寿命长。
【专利说明】高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极【技术领域】
[0001]本发明提供一种高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极，属于激光【技术领域】。
【背景技术】
[0002]非链式脉冲DF激光器是重要的中红外光源之一，广泛用于激光雷达、大气生态监测、光谱学等领域。非链式脉冲DF激光器是在外源作用下引发工作气体的非链式放热化学反应，反应释放的能量促使上下能级间的粒子数反转并形成激光激射。对于该化学反应的引发方法，常用的有闪光光解引发、电子束引发和放电引发三种。闪光光解引发能够实现小孔径、光学薄的非链式脉冲DF激光输出，但由于闪光灯脉冲时间远大于激光脉冲时间，因此其效率较低；电子束引发装置体积庞大、结构复杂、价格昂贵且受引发装置工艺限制，激光输出能量不高，因此其推广应用受到限制；放电引发方式结构简单、操作方便并能获得较高功率和效率，是目前非链式脉冲DF激光器较为常用的引发方法。
[0003]国内外普遍采用的放电引发方式为火花针紫外预电离电极，该电极结构在对称放置的平板电极一侧或两侧对称放置火花针阵列，通过火花针间弧光放电产生极强的紫外光辐照，工作介质受紫外光辐照作用产生一定浓度的初始电子，继而引发主放电。然而由于非链式脉冲DF激光器的工作介质主要为具有强电负性的SF6气体，它对电子具有很强的吸附作用，这将造成预电离产生的初始电子大量损失。为了提升预电离效果，必须提高充电电压，但较高的充电电压会增加电场不均匀性，且该电极存在电场边缘效应，容易引起弧光放电，因而火花针紫外预电离电极放电均匀性、稳定性较差。
[0004]Apollonov 于 2000 年在论文 Self-1nitiated volume discharge in non-chainHF lasers based on SF6_hydrocarbon mixtures(QuantumElectronics30(3)207-214)中提到了一种自引发放电结构`，它采用普通的平板电极，只是对阴极表面进行喷砂处理形成分布均匀的50 μ m刻度的凸点。由于凸点处电场变强，它们与阳极表面间容易形成放电通道，同时SF6的强电负性引起的电流密度限制了储能电容中的能量从有限个放电通道注入增益区，促使了放电通道向其周围扩展最后形成遍布整个阴极表面的均匀放电。实践证明这种电极结构能够在大体积、大口径(电极表面积S > 300cm2、电极间距d > 8-10cm)非链式脉冲DF激光器中实现高效率激光输出，但对于小体积、小口径放电引发非链式脉冲DF激光器，由于局部放电通道在垂直电场方向上向附近通道的扩展速率较慢，造成局部电场较强并引起电极间放电不稳定，最终导致气体击穿电压低、脉冲能量重复性差。
[0005]此外，常用的放电电极材料为普通不锈钢材料，其抗腐蚀性较差，而非链式DF激光器工作气体化学反应生成产物中的氟化氘(酸性气体)、低氟化物具有较强的腐蚀性，因而普通不锈钢材料的电极使用寿命较短。
【发明内容】
[0006]本发明目的是解决现有小体积、小口径非链式脉冲DF激光器放电引发技术中电极间放电不均匀稳定，电极使用寿命短的技术问题，提供一种高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极。
[0007]本发明的高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极包括:
[0008]主放电阴极、主放电阳极、绝缘底座、固定火花针阵列、移动火花针阵列和钨杆阵列；
[0009]所述主放电阴极和主放电阳极构成自引发电极，所述主放电阴极上有分布均匀的凸点结构；
[0010]所述固定火花针阵列、移动火花针阵列和钨杆阵列构成预电离电极，固定火花针阵列和钨杆阵列均匀固定在绝缘底座上，且固定火花针阵列和钨杆阵列相对于自引发电极对称，每个钨杆的顶端安装有一个移动火花针，通过旋转移动火花针可调节固定火花针的针尖与移动火花针的针尖之间的距离。
[0011]进一步的，所述凸点结构采用表面喷砂处理的方法制备，刻度为40-60 μ m。
[0012]进一步的，所述主放电阴极和主放电阳极的材料均为蒙乃尔合金。
[0013]进一步的，所述移动火花针通过螺纹孔安装在对其起支撑作用的钨杆的顶端上。
[0014]进一步的,所述绝缘底座为聚氯乙烯(PVC)绝缘底座。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016](I)本发明的复合电极采用火花针紫外预电离电极与阴极作喷砂处理的自引发电极相结合的复合结构，火花针紫外预电离电极由固定火花针阵列、移动火花针阵列及钨杆阵列组成，一侧主放电电极上采用固定火花针阵列，另一侧主放电电极上采用钨杆阵列支撑的移动火花针阵列，固定火花针和钨杆的底端分别与相互独立、大小相等的预电离电容相连接，根据工作气体压强大小对移动火花针与固定火花针的针尖距离进行调节，以选取合适的预电离浓度，即低气压所需击穿电压、预电离浓度较低，应增加预电离针间距，高气压所需击穿电压和预电离浓度较高，应减小预电离针间距，这样能够使复合电极达到最佳的紫外预电离效果，产生的紫外光辐照增加了放电区初始电子浓度，降低了气体阻抗，因而提高了自引发放电通道在垂直电场方向上的扩展速率，即增加了放电均匀性和和稳定性；
[0017]主放电电极为自引发电极，主放电阴极为表面经喷砂处理形成40-60 μ m刻度凸点均匀分布的粗糙结构，当在主放电电极两端加上高压时阴极表面凸点电场较强，因而很容易与阳极表面构成放电通道，避免了小体积紫外预电离放电电极中电场边缘效应引起的放电不均匀性，并且主放电电极采用蒙乃尔合金，与普通不锈钢相比具有更强的抗腐蚀性能，可以显著延长电极工作寿命；
[0018](2)本发明的复合电极结构简单，易于制造和安装，应用于激光器中可以提高能量注入效率，进而提高激光器输出性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明高效率长寿命放电弓丨发非链式脉冲DF激光器复合电极结构示意图。
[0020]图中:1、主放电阴极，2、主放电阳极，3、绝缘底座，4、固定火花针，5、移动火花针，
6、鹤杆，7、电极固定孔,8、固定沉头孔。
【具体实施方式】[0021]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0022]如图1所示，本发明高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极，包括主放电阴极1、主放电阳极2、PVC绝缘底座3、固定火花针阵列、移动火花针阵列、钨杆阵列、电极固定孔7和固定沉头孔8 ；
[0023]其中，主放电阴极I和主放电阳极2构成自引发电极，主放电阴极I与主放电阳极2均采用抗腐蚀性蒙乃尔合金，主放电阴极I表面经过喷砂处理成微小刻度(40-60 μ m)凸点均匀分布的粗糙结构；
[0024]固定火花针阵列、移动火花针阵列和钨杆阵列构成预电离电极，固定火花针阵列和钨杆阵列通过紧密螺纹孔均匀固定安装在PVC绝缘底座3上，且固定火花针阵列和钨杆阵列相对于自引发电极一一对称，可以是固定火花针阵列固定在装主放电阴极I的PVC绝缘底座3上，钨杆阵列固定在装主放电阳极2的PVC绝缘底座3上，也可以是固定火花针阵列固定在装主放电阳极2的PVC绝缘底座3上，钨杆阵列固定在装主放电阴极I的PVC绝缘底座3上，而且固定火花针阵列和钨杆阵列可以同时固定在自引发电极的一侧或者两侦牝根据自引发电极长度和同一阵列火花针之间距离可以确定安装在PVC绝缘底座3上的火花针数量；
[0025]固定火花针阵列由均匀排布的固定火花针4组成，移动火花针阵列由均匀排布的移动火花针5组成，钨杆阵列由均匀排布的钨杆6组成，固定火花针4、移动火花针5和钨杆6的数量均相同，每个钨杆6的顶端安装有一个移动火花针5，每个移动火花针5除针尖部分与末端部分外均为螺纹状，且螺纹尺寸与对其起支撑作用的钨杆6上的精密螺纹孔相匹配，通过旋转移动火花针5可调节固定火花针4的针尖与移动火花针5的针尖之间的距离，为了避免钨杆6顶端与固定火花针5之间的尖端放电，将钨杆6顶端加工成圆滑过渡且曲率半径较大的结构；
[0026]主放电阴极I和主放电阳极2背面中心位置加工两排电极固定孔7，使用导电性能很好的铜制螺钉将主放电阴极I和主放电阳极2通过电极固定孔7固定安装在PVC绝缘底座3上，PVC绝缘底座3两端与固定火花针阵列和钨杆阵列平行的方向加工一排固定沉头孔8，通过螺钉将PVC绝缘底座3固定在电极支撑架上。
[0027]对于中小体积非链式脉冲DF激光器(电极表面积S ( 300cm2、电极间距d ( 8cm)，通过调节固定火花针4与移动火花针5之间的针尖距离便可调节预电离强度进行预放电，预电离产生的紫外光照射阴极表面，加速了主电极间放电通道在垂直电场方向上的扩散速率，增加了电场均匀性，提高了激光器效率和输出性能。
[0028]显然，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极,其特征在于,包括: 主放电阴极(I)、主放电阳极(2)、绝缘底座(3)、固定火花针阵列、移动火花针阵列和鹤杆阵列； 所述主放电阴极(I)和主放电阳极(2)构成自引发电极，主放电阴极(I)上有分布均匀的凸点结构； 所述固定火花针阵列、移动火花针阵列和钨杆阵列构成预电离电极，固定火花针阵列和钨杆阵列均匀固定在绝缘底座(3)上，且固定火花针阵列和钨杆阵列相对于自引发电极对称，每个钨杆(6)的顶端安装有一个移动火花针(5)，通过旋转移动火花针(5)可调节固定火花针⑷的针尖与移动火花针(5)的针尖之间的距离。
2.根据权利要求1所述高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极，其特征在于，所述凸点结构米用表面喷砂处理的方法制备，刻 度为40-60 μ m。
3.根据权利要求1所述高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极，其特征在于，所述主放电阴极(I)和主放电阳极(2)的材料均为蒙乃尔合金。
4.根据权利要求1所述高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极，其特征在于，所述移动火花针(5)通过螺纹孔安装在对其起支撑作用的钨杆(6)的顶端上。
5.根据权利要求1所述高效率长寿命放电引发非链式脉冲DF激光器复合电极，其特征在于，所述绝缘底座(3)为聚氯乙烯绝缘底座。
【文档编号】H01T19/04GK103490285SQ201310384600
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】谢冀江, 阮鹏, 郭劲, 邵春雷, 张来明, 潘其坤 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所