专利名称：等离子体电极普克尔盒的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高功率固体激光器领域，具体涉及一种等离子体电极普克尔盒。
背景技术：
已有的环电极普克尔盒，采用的是棒状KDP晶体，在晶体棒的两端套上电极环，在此环上加高压开关脉冲，实现对通过KDP晶体的线偏振光的偏振态的控制。由于环电极结构的电场不均匀，在圆柱晶体边缘的场强总大于中心轴上的场强，如果要求晶体上电场不均匀性小2％，则晶体厚度与直径之比必须大于1。因此，用环电极普克尔盒建造口径大于100mm的电光开关将引起严重的光吸收和非线性效应。
等离子体电极普克尔盒是利用晶体两侧稀薄气体放电形成的高电导率、透明等离子体作电极，可以用薄晶体制成大口径普克尔盒，具有低损耗、高空间均匀性、高损伤阈值等优点。
等离子体电极普克尔盒的基本原理是在大纵横比KDP晶体两侧的密闭放电腔内分别通过对惰性气体的大电流放电形成高电导率透明均匀等离子体，此时的等离子体即相当于一个高导电的电极，当普克尔盒内放电电流达到最大值时，在两等离子体电极上加高压开关脉冲，实现对通过KDP晶体的线偏振光的偏振态的控制。
等离子体电极普克尔盒工作时，开关脉冲与形成等离子体的大电流放电之间有严格的时序。由于气体放电具有不确定性导致高电导率等离子体的形成具有不确定性，这种不确定性带来的结果是等离子体放电的晃动达到数微秒，无法满足使用要求。
名称为“用于高能惯性约束聚变激光器的大口径光开关性能”的文章(Performance oflarge-aperture optical switches for high-energy inertial-confinement fusion lasers@APPLIED OPTICS@Vol.34，No.24@20 August 1995)公开了一种大口径(大于30cm×30cm)等离子体电极普克尔盒。该普克尔盒壳体采用夹层式设计，密封面多，不利于普克尔盒的密封。阴极放电电极采用平面磁控阴极设计，阴极放电电极表面为高纯石墨。这种平面磁控阴极造价昂贵，而且这种电极构造决定了其体积较大，无法用于较小口径(如8cm×8cm)的等离子体电极普克尔盒。
发明内容
为了克服已有技术中普克尔盒密封性能较差以及放电电极体积大、造价高的不足，本实用新型提供一种一体化紧缩型的等离子体电极普克尔盒。可改善普克尔盒的真空密封能力、降低普克尔盒装校的难度。阴、阳放电电极的设置能满足较小口径普克尔盒的使用需求，同时使得气体放电更加稳定。
本实用新型的一种等离子体电极普克尔盒，包括普克尔盒壳体、普克尔盒中部用于镶嵌KDP晶体的方孔、放电腔、阴极放电电极、阳极放电电极、阴极电极连杆、阳极电极连杆、进气嘴、抽气嘴、光窗密封圈及挡环、光窗连接环及压环、光窗。普克尔盒壳体采用整块玻璃制成，整个普克尔盒以及放电腔均为圆柱形。其连接关系是，KDP晶体粘接镶嵌在普克尔盒壳体中部方孔内；KDP晶体的两侧面分别设置有两个放电腔；每个放电腔外分别设置有一光窗；放电腔内设置有位置相对的一对阴极放电电极和阳极放电电极；阴极放电电极通过阴极电极连杆与普克尔盒壳体固定，阳极放电电极通过阳极电极连杆与普克尔盒壳体固定，两个进气嘴和两个抽气嘴分别设置在普克尔盒壳体左右的四个小孔内，一个进气嘴和一个抽气嘴为一组与一个放电腔连接，另一个进气嘴和抽气嘴为一组与另一个放电腔连接；两个光窗密封圈及挡环分别设置在两个放电腔外围，分别与光窗紧密接触。两个光窗连接环及压环分别设置在两个放电腔一侧的普克尔盒壳体的外沿。
本实用新型的等离子体电极普克尔盒中的KDP晶体两侧放电腔内设置的阴极放电电极和阳极放电电极形状均为半月形，阴极放电电极设置为空心凹槽结构，凹槽的深度与宽度之比为1∶1；阳极放电电极表面设置数个放电小孔。
本实用新型的等离子体电极普克尔盒的壳体采用紧缩一体化设计，普克尔盒的密封面较已有技术中的夹层式设计的密封面少得多，有利于普克尔盒密封性能的提高，并有利于普克尔盒的装校。阳极放电电极表面设置数个放电小孔，阴、阳放电电极的设计解决了体积大、结构复杂的平面磁控阴极不能用于较小口径普克尔盒的问题，降低了电极造价，并获得了稳定的气体放电。本实用新型的等离子体电极普克尔盒具有低损耗、高空间均匀性、高损伤阈值等特点。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型的等离子体电极普克尔盒的实施例剖面示意图图2为本实用新型的等离子体电极普克尔盒的实施例的俯视图图3为本实用新型的等离子体电极普克尔盒的实施例中阳极放电电极侧视图图4为本实用新型的等离子体电极普克尔盒的实施例中阴极放电电极侧视图图5为本实用新型的等离子体电极普克尔盒的实施例中阴极放电电极俯视图图中，1.普克尔盒壳体 11.方孔阴极放电电极(2、12)阳极放电电极(3、13)阴极电极连杆(4、14)阳极电极连杆(5、15)抽气嘴(6、16)进气嘴(7、17)光窗密封圈及挡环(8、18)光窗连接环及压环(9、19)光窗(10、20)放电腔(30、40)具体实施方式
在图1～4中，本实用新型的一种等离子体电极普克尔盒，包括普克尔盒壳体1、普克尔盒中部用于镶嵌KDP晶体的方孔11、放电腔(30、40)、阴极放电电极(2、12)、阳极放电电极(3、13)、阴极电极连杆(4、14)、阳极电极连杆(5、15)、抽气嘴(6、16)、进气嘴(7、17)、光窗密封圈及挡环(8、18)、光窗连接环及压环(9、19)、光窗(10、20)。普克尔盒壳体1采用整块玻璃制成，整个普克尔盒1以及放电腔(30、40)均为呈圆柱形。KDP晶体通过硅胶粘接镶嵌在普克尔盒壳体1中部方孔11内；KDP晶体的两侧面分别设置有放电腔30和放电腔40；放电腔30外设置有光窗10，放电腔40外设置有光窗20；放电腔30内设置有位置相对的阴极放电电极2和阳极放电电极3，放电腔40内设置有位置相对的阴极放电电极12和阳极放电电极13；阴极放电电极2通过阴极电极连杆4与普克尔盒壳体1固定，阴极放电电极12通过阴极电极连杆14与普克尔盒壳体1固定；阳极放电电极3通过阳极电极连杆5与普克尔盒壳体1固定，阳极放电电极13通过阴极电极连杆15与普克尔盒壳体1固定；抽气嘴(6、16)、进气嘴(7、17)分别设置在普克尔盒壳体1上的左右的四个小孔内，抽气嘴6和进气嘴7与放电腔30连接，抽气嘴16和进气嘴17与放电腔40连接；光窗密封圈及挡环(8、18)分别设置在放电腔(30、40)外围，光窗密封圈及挡环8与光窗10紧密接触，光窗密封圈及挡环18与光窗20紧密接触；光窗连接环及压环9设置在放电腔30一侧的普克尔盒壳体1的外沿，光窗连接环及压环19设置在放电腔40一侧的普克尔盒壳体1的外沿。本实用新型的等离子体电极普克尔盒的中放电腔(30、40)内设置的阴极放电电极(2、3)和阳极放电电极(3、13)形状均为半月形，阴极放电电极(2、12)均设置为空心凹槽结构，凹槽的深度与宽度之比为1∶1；阳极放电电极(3、13)表面均设置数个放电小孔。
图2中，在俯视方向上，抽气嘴16与抽气嘴6重合，进气嘴17与抽气嘴7重合。
阴极放电电极和阳极放电电极均由不锈钢制成。
本实用新型的等离子体电极普克尔盒的工作过程如下如图中所示，进气嘴(7、17)连接氦气充气系统，抽气嘴(6、16)接真空机组，密闭放电腔(30、40)在氦气充气系统、真空机组作用下处于50Pa的动态平衡气压下。放电腔(30、40)内的一对阳、阴极放电电极(3、13)和(2、12)，分别连接等离子体脉冲发生器的正负极。在等离子体放电电流到来之前300毫秒，放电腔(30、40)的阴、阳放电电极被加上脉宽为500毫秒幅值1.5kV的预电离脉冲以使放电腔(30、40)内的氦气初步电离。当等离子体放电脉冲到来时，放电腔内的气体立刻完全被击穿，当等离子体放电电流达到最大值时，腔内等离子体的电导率达到最高，等离子体电极形成，此时，开关脉冲被加在放电腔(30、40)内的等离子体电极上，从而实现对通过KDP晶体的线偏振光偏振态的控制。
本实用新型的等离子体电极普克尔盒的壳体采用紧缩型一体化设计，普克尔盒的密封面较已有技术中夹层式设计的密封面少的多，有利于普克尔盒密封性能的提高，并有利于普克尔盒的装校。阳极放电电极表面设置数个放电小孔，阴、阳放电电极的设计解决了体积大、结构复杂的平面磁控阴极不能用于较小口径普克尔盒的问题，降低了电极造价，并获得了稳定的气体放电。
权利要求1.一种等离子体电极普克尔盒，包括普克尔盒壳体(1)、普克尔盒中部用于镶嵌KDP晶体的方孔(11)；其特征在于还包括放电腔(30、40)、阴极放电电极(2、12)、阳极放电电极(3、13)、阴极电极连杆(4、14)、阳极电极连杆(5、15)、抽气嘴(6、16)、进气嘴(7、17)、光窗密封圈及挡环(8、18)、光窗连接环及压环(9、19)、光窗(10、20)；其连接关系是，KDP晶体粘接镶嵌在普克尔盒壳体(1)中部方孔(11)内；KDP晶体的两侧分别设置有放电腔(30)和放电腔(40)；放电腔(30)外设置有光窗(10)，放电腔(40)外设置有光窗(20)；放电腔(30)内设置有位置相对的阴极放电电极(2)和阳极放电电极(3)，放电腔(40)内设置有位置相对的阴极放电电极(12)和阳极放电电极(13)；阴极放电电极(2)通过阴极电极连杆(4)与普克尔盒壳体(1)固定，阴极放电电极(12)通过阴极电极连杆(14)与普克尔盒壳体(1)固定；阳极放电电极(3)通过阳极电极连杆(5)与普克尔盒壳体(1)固定，阳极放电电极(13)通过阴极电极连杆(15)与普克尔盒壳体(1)固定；抽气嘴(6、16)、进气嘴(7、17)分别设置在普克尔盒壳体(1)左右的四个小孔内，抽气嘴(6)和进气嘴(7)与放电腔(30)连接，抽气嘴(16)和进气嘴(17)与放电腔(40)连接；光窗密封圈及挡环(8、18)分别设置在放电腔(30、40)外围，光窗密封圈及挡环(8)与光窗(10)紧密接触，光窗密封圈及挡环(18)与光窗(20)紧密接触；光窗连接环及压环(9)设置在放电腔(30)一侧的普克尔盒壳体(1)的外沿，光窗连接环及压环(19)设置在放电腔(40)一侧的普克尔盒壳体(1)的外沿。
2.根据权利要求1所述的等离子体电极普克尔盒，其特征在于所述的普克尔盒壳体(1)采用整块玻璃制成，整个普克尔盒(1)以及放电腔(30、40)均为圆柱形。
3.根据权利要求1所述的等离子体电极普克尔盒，其特征在于所述的KDP晶体两侧放电腔(30、40)内设置的阴极放电电极(2、3)和阳极放电电极(3、13)形状均为半月形，阴极放电电极(2、12)均设置为空心凹槽结构，凹槽的深度与宽度之比为1∶1；阳极放电电极(3、13)表面均设置数个放电小孔。
专利摘要本实用新型提供了一种等离子体电极普克尔盒。所述的普克尔盒包括普克尔盒壳体、放电腔、放电电极、光窗。普克尔盒壳体及放电腔均为圆柱形，阴、阳放电电极均为半月形状，阴极放电电极为空心凹槽状，阳极放电表面设置数个放电孔。普克尔盒壳体为紧缩型一体化设计，有利于普克尔盒密封性能的提高，降低普克尔盒装校的难度。阴、阳放电电极的设置能满足较小口径普克尔盒的使用要求，同时使得气体放电更加稳定。本实用新型的等离子体电极普克尔盒具有低损耗、高空间均匀性、高损伤阈值等特点。
文档编号H01S3/02GK2917037SQ200620034629
公开日2007年6月27日 申请日期2006年6月14日 优先权日2006年6月14日
发明者张雄军, 郑奎兴, 吴登生, 林东晖, 董云, 郑建刚 申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心