一种激光触发伪火花开关

本发明属于伪火花开关，具体涉及一种激光触发伪火花开关。

背景技术：

1、脉冲功率技术(pulsed powertechnology)是指把慢储存起来的具有较高密度的能量经过时间尺度上的压缩、空间上的传输和汇聚并有效释放给负载的电物理技术，在可控核聚变、大型z箍缩驱动源、高功率微波、电磁弹射等国防领域，以及极紫外光刻、油气开采、医疗制药等民用方面均有重要的应用。

2、开关是脉冲功率装置的关键部件，不断拓展的应用场景对开关提出了越来越高的要求。伪火花开关是一种工作于巴申曲线左半支的低气压开关，兼具耐压高、导通电流大、电流上升速率大、可通过100％反向电流、电极烧蚀小、介质恢复速度快、时延抖动低等优点。触发性能是伪火花开关的重要工作特性之一。实际应用中往往不仅要求伪火花开关的触发系统简单可靠，而且要求触发时延及其抖动尽可能小，以满足同步或者时序触发需要。伪火花开关的触发方法包括电触发和光触发等。电触发触发强度高、触发时延短、成本低，但触发系统与主回路有电连接，存在复杂且较难解决的电位隔离和电磁兼容问题，且开关不易小型化。激光触发伪火花开关可以用同一束激光触发多个串并联开关，易于实现精确同步触发；触发系统与主电路无电连接，易于实现电位隔离及减小电磁干扰；由于不需要在阴极腔内布置电触发单元，开关体积小、电感低，电流上升速率高。

3、目前，激光触发伪火花开关均采用脉冲激光照射阴极腔内的靶材触发开关导通。现有技术中的激光触发伪火花开关的结构包括：绝缘壳体；阴极盖板，设于所述绝缘壳体底部；阴极腔体，设于所述绝缘壳体内部，其底部与所述阴极盖板顶部固定连接；阳极盖板，设于所述绝缘壳体顶部；阳极腔体，设于所述绝缘壳体内部，所述阳极腔体顶部与所述阳极盖板底部固定连接；所述阳极腔体底部中心设有第一通孔；靶材，设于阴极腔腔体内，与阴极腔腔体顶面连接，用于产生电子后触发阴极腔体和阳极腔体之间的电离导通。

4、然而，现有的激光触发伪火花开关的触发性能普遍较低，不能利用弱聚焦低能量长波长的激光就实现小触发时延和抖动。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种激光触发伪火花开关。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种激光触发伪火花开关，包括：

4、绝缘壳体；所述绝缘壳体底部设有阴极盖板；所述阴极盖板顶部设有阴极腔体，阴极腔体位于所述绝缘壳体内部；所述绝缘壳体顶部设有阳极盖板，阳极盖板中心设有激光孔；所述阳极盖板底部设有阳极腔体，阳极腔体位于所述绝缘壳体内部；

5、其特征在于：

6、所述阳极腔体底部中心设有第一通孔；

7、所述阴极腔体顶面设有靶材，靶材顶部与所述第一通孔正对；靶材用于产生种子电子后触发阴极腔体和阳极腔体之间的电离导通；

8、当激光从阳极盖板的顶部射入阳极腔体内，经过第一通孔后照射到靶材上产生大量电子；由于靶材正面面向阳极腔体，当阳极盖板和阴极盖板之间施加很高的电压时，将会在靶材表面上形成很高的电场，从而产生肖特基效应；当一束脉冲激光照射时，将会在光电发射的作用下产生大量的初始电子，并与背景气体发生碰撞电离形成电子崩，同时在主放电间隙留下大量离子形成虚阳极，使得弱聚焦低能量长波长的激光就可以实现小触发时延和抖动；随着放电的继续发展，虚阳极会向阴极扩张；到达靶材后导致阴极腔体与阳极腔体之间导通。

9、进一步，所述阴极腔体顶部设有第二通孔，所述第二通孔位于所述靶材两侧。

10、进一步，所述阳极盖板顶部设有蓝宝石玻璃，用于遮挡阳极盖板中心的激光孔。

11、进一步，所述靶材的材质为镁。

12、进一步，所述阴极盖板上设有抽气孔和进气孔。

13、进一步，所述第一通孔的孔直径为3mm。

14、进一步，所述靶材的直径为3mm，高度为2mm。

15、进一步，所述阳极腔体底部与所述阴极腔体顶部之间的距离为2～5mm。

16、本发明提供的一种激光触发伪火花开关具有以下有益效果：

17、本发明基于现有技术的缺陷：由于阴极腔的屏蔽作用，靶材表面电场较小，产生的触发电子的数量有限，且较难被阴极孔的透入电势捕获，因此激光触发伪火花开关的触发性能普遍较低。

18、因此，本发明将靶材设于所述阴极腔体顶面，靶材顶部与所述第一通孔正对。由于靶材正面面向阳极腔体，当阳极盖板和阴极盖板之间施加很高的电压时，将会在靶材表面上形成很高的电场，从而产生肖特基效应；当一束脉冲激光照射时，将会在光电发射的作用下产生大量的初始电子，并与背景气体发生碰撞电离形成电子崩，同时在主放电间隙留下大量离子形成虚阳极；使得弱聚焦低能量长波长的激光就可以实现小触发时延和抖动。从而解决了现有技术中，现有的激光触发伪火花开关的触发性能普遍较低的问题。

技术特征：

1.一种激光触发伪火花开关，包括：

2.根据权利要求1所述的一种激光触发伪火花开关，其特征在于，所述阴极腔体(5)顶部设有第二通孔，所述第二通孔位于所述靶材(7)两侧。

3.根据权利要求1所述的一种激光触发伪火花开关，其特征在于，所述阳极盖板顶部设有蓝宝石玻璃(6)，用于遮挡阳极盖板(2)中心的激光孔。

4.根据权利要求1所述的一种激光触发伪火花开关，其特征在于，所述靶材(7)的材质为镁。

5.根据权利要求1所述的一种激光触发伪火花开关，其特征在于，所述阴极盖板上设有抽气孔和进气孔。

6.根据权利要求1所述的一种激光触发伪火花开关，其特征在于，所述第一通孔的孔直径为3mm。

7.根据权利要求1所述的一种激光触发伪火花开关，其特征在于，所述靶材的直径为3mm，高度为2mm。

8.根据权利要求1所述的一种激光触发伪火花开关，其特征在于，所述阳极腔体(4)底部与所述阴极腔体(5)顶部之间的距离为2～5mm。

技术总结
本发明提供了一种激光触发伪火花开关，属于伪火花开关技术领域，包括：绝缘壳体；阴极盖板，设于绝缘壳体底部；阴极腔体，设于绝缘壳体内部，其底部与阴极盖板顶部固定连接；阳极盖板，设于绝缘壳体顶部；阳极腔体，设于绝缘壳体内部，阳极腔体顶部与阳极盖板底部固定连接；阳极腔体底部中心设有第一通孔；靶材，用于产生种子电子后触发阴极腔体和阳极腔体之间的电离导通；其特征在于：靶材设于阴极腔体顶面，靶材顶部与第一通孔正对；该发明能够降低触发激光的阈值能量和触发要求。

技术研发人员：丁卫东,孙国祥,聂少豪,袁琪,王霞
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11