高压放电激光触发开关的制作方法

本发明涉及放电触发，特别是一种高压放电激光触发开关。

背景技术：

高压放电激光触发开关常用于脉冲功率技术领域或等离子体物理研究领域，用于起始高压放电或保护高压器件等。其大部分工作环境都要求延时短、抖动性小。

已有的激光触发开关技术或相关的专利中(申请号CN201310695999.1)，高压和低压电极间距的调节需要通过更换不同的连接件，不能连续调节间距，更换较为繁琐。此发明不能连续调节开关的自触发电压，工作电压和开关自触发电压相差较多，不易于放电的触发，放电延时抖动大。同时，由于不同激光的聚焦位置也不相同，产生的等离子体能量也不相同；此外，部分已有专利中的触发光路需要经过高压气体(申请号CN201210436670.9)，激光的折射率和气压有关，高压气体的折射率较大，光的聚焦位置会受到影响。激光聚焦的位置会影响产生的等离子体的能量，对放电开关从触发到开始放电的延时、抖动性有较大的影响。而在等离子体物理研究领域，侧向激光触发的激光延时超过200纳秒，抖动在20纳秒左右(参见Liu,M.,et al.(2010)."Note:Low density and long plasma channels generated by laser transversely ignited ablative capillary discharges."Review of Scientific Instruments 81(3):036107.)，较高的抖动性会影响等离子体通道的形成。

以上几种已有的激光触发开关或相应技术不适用于对放电延时和抖动性有高精度要求的工作条件，尤其是时间抖动性要求在10纳秒以内的系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高压放电激光触发开关，该触发开关可以连续地调节触发开关的自触发电压，使之与工作电压更加接近，更易触发放电；聚焦位置可以精确调节，产生的等离子体能量稳定。本发明可将触发与放电起始的延时缩短在130纳秒以内、延时抖动在5纳秒以内，实现了高精度、高稳定性的高压放电触发，可用于高精度控制的高压放电系统。

本发明的技术解决方案如下：

一种高压放电激发触发开关，特点在于其结构包括：绝缘底座、高压电极法兰、高压电极头、低压电极头、低压电极法兰、透镜支撑法兰、透镜压圈和透镜；所述的绝缘底座呈外方内圆的结构，具有开口向上、左右贯通的多半圆形凹槽，该凹槽的一端有一段内螺纹，所述的绝缘底座的另一端侧壁上有多个螺孔；所述的高压电极法兰和低压电极法兰均呈T形，所述的高压电极法兰和低压电极法兰的较窄一端均有螺纹，所述的高压电极法兰较宽的法兰盘朝外，且该法兰盘通过螺栓与所述的绝缘底座的螺孔连接，将所述的高压电极法兰与所述的绝缘底座固定，所述的低压电极法兰较窄一端与所述的高压电极法兰的较窄一端相向，所述的低压电极法兰通过螺纹法兰的螺纹固定在所述的绝缘底座的内螺纹内；所述的透镜支撑法兰通过螺纹法兰的螺纹固定在所述的绝缘底座的螺纹内，所述的高压电极头的螺纹旋在所述的高压电极法兰的螺纹上，所述的低压电极头的螺纹旋在所述的低压电极法兰的螺纹上，所述的低压电极头的中心有激光通孔；所述的透镜固定在所述的透镜支撑法兰内，通过所述的透镜压圈固定；所述的透镜支撑法兰通过螺纹固定在所述的绝缘底座的内螺纹内；所述的高压电极法兰、高压电极头、低压电极头、激光通孔、低压电极法兰和透镜与所述的绝缘底座的多半圆形凹槽共轴。

所述的高压电极法兰较窄一端的螺纹为外螺纹或内螺纹时，相应的所述的高压电极头上的螺纹为与之匹配的内螺纹或外螺纹。

所述的低压电极法兰较窄一端的螺纹为外螺纹或内螺纹时，相应的所述的低压电极头上的螺纹为与之匹配的内螺纹或外螺纹。

所述的高压电极头的表面是半球面。

所述的低压电极头的表面是半球面。

所述的高压电极法兰、高压电极头、低压电极头、低压电极法兰和透镜压圈由金属材料制成。

与现有的技术先比，本发明的改进在于：

1、高压电极头与低压电极头均通过螺纹与其它部件连接，更换更加方便，避免了繁复的拆卸；

2、本发明可根据工作电压的不同，通过调节高压电极头与低压电极头表面顶点之间的间距，实现自触发电压的连续调节，调节更加便利、精准；由于连续可调，自触发电压也能更加接近工作电压，易于触发，有利于缩短放电延时，减小延时抖动；

3、本发明可根据所用激光参数的不同，通过旋转透镜支撑法兰改变透镜与高压电极头顶点之间的间隔，使激光聚焦在高压电极头表面；此外本发明工作在大气中，聚焦位置也不受气体压力变化的影响，使产生的等离子体能量稳定，因此有利于放电延时的稳定。

附图说明

图1是本发明高压放电激发触发开关的俯视图

图2是本发明高压放电激发触发开关的主视图

图3是本发明高压放电激发触发开关的右视图

图4是本发明高压放电激发触发开关的延时抖动的统计曲线

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

如图1至图3，本发明构成包括：绝缘底座1、高压电极法兰2、高压电极头3、低压电极头4、低压电极法兰5、透镜支撑法兰6、透镜压圈7和透镜8；所述的绝缘底座1呈外方内圆的结构，具有开口向上、左右贯通的多半圆形凹槽，该凹槽的一端有一段内螺纹1-1，所述的绝缘底座1的另一端侧壁上有多个螺孔；所述的高压电极法兰2和低压电极法兰5均呈T形，所述的高压电极法兰2和低压电极法兰5的较窄一端各有螺纹2-1和螺纹5-1，所述的高压电极法兰2较宽的法兰盘朝外，且该法兰盘通过螺栓与所述的绝缘底座1的螺孔连接，将所述的高压电极法兰2与所述的绝缘底座1固定，所述的低压电极法兰5较窄一端与所述的高压电极法兰2的较窄一端相向，所述的低压电极法兰5通过螺纹法兰的螺纹固定在所述的绝缘底座1的内螺纹1-1内；所述的透镜支撑法兰6通过螺纹法兰的螺纹固定在所述的绝缘底座1的螺纹1-1内，所述的高压电极头3的螺纹3-1旋在所述的高压电极法兰2的螺纹2-1上，所述的低压电极头4的螺纹4-1旋在所述的低压电极法兰5的螺纹5-1上，所述的低压电极头4的中心有激光通孔4-2；所述的透镜8固定在所述的透镜支撑法兰6内，通过所述的透镜压圈7固定；所述的透镜支撑法兰6通过螺纹固定在所述的绝缘底座1的内螺纹1-1内；依次所述的高压电极法兰2、高压电极头3、低压电极头4、激光通孔4-2、低压电极法兰5和透镜8与所述的绝缘底座1的多半圆形凹槽共轴。

本发明可应用于高精度高压脉冲放电的放电触发，调节过程如下：

首先将绝缘底座1有螺纹的一端与激光光束相向放置，并使多半圆凹槽与激光共轴。使用螺栓将高压电极法兰2固定在绝缘底座1另一端侧壁的螺孔上，并细微调节高压电极法兰2的位置，保证高压电极法兰2、激光和多半圆凹槽共轴。通过调节旋转透镜支撑法兰6，使透镜8与高压电极头3表面顶点的距离近似等于透镜8的焦距。根据实际工作所需的电压，旋转低压电极法兰5或低压电极头4，调节高压电极头3与低压电极头4表面顶点之间的距离，使自触发电压略高压工作所需的电压。电路的高压级接线通过螺栓和高压电极法兰2的法兰盘上的通孔2-2连接，固定在绝缘底座侧壁的螺孔上。电路的低压级接线通过螺栓连接在低压电极法兰5的法兰盘上的螺孔5-2。激光垂直入射在透镜8的中心，细致旋转透镜支撑法兰6调节激光聚焦的位置，使激光经过低压电极头4预留的通孔4-2后聚焦在高压电极头3的表面顶点处。由于高压放电激光触发开关工作在实验室大气环境中，所以不需要考虑空气的温度、气流扰动的影响。

在触发时，激光聚焦在高压电极头3的表面顶点处，产生等离子体，等离子体的能量与激光的功率密度有关，在焦点处能量最大，等离子体在电场的作用下向低压电极头移动。当等离子体到达低压电极头4时，两极之间处于导通状态，此时电流开始增大，使空气进一步电离，直至被击穿，高压电极头3和低压电极头4之间会产生火花放电。此刻电流极大，由于箍缩效应的作用，两极之间的等离子体能够形成稳定的等离子体通道，放电过程持续时间为几百纳秒至几微秒。一段时间后，由于两极间的电压减弱、电流减小，箍缩效应减弱，等离子体通道不再能维持，放电电流逐渐减弱至停止，高压电极头3和低压电极头4之间恢复断路状态。

图4为高压放电激光触发开关的延时抖动的统计曲线，由图可见：本发明可将触发与放电起始的延时缩短在130纳秒以内、延时抖动在5纳秒以内，实现了高精度、高稳定性的高压放电触发，可用于高精度控制的高压放电系统。