激光觸發(fā)高壓真空開(kāi)關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究與分析.pdf

1、現(xiàn)如今，脈沖功率技術(shù)在民用和軍用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，作為關(guān)鍵器件的傳統(tǒng)高壓強(qiáng)流脈沖開(kāi)關(guān)由于受介質(zhì)類型、觸發(fā)方式等的影響難以在所有性能參數(shù)上取得平衡，從而限制了其進(jìn)一步發(fā)展。結(jié)合傳統(tǒng)的脈沖開(kāi)關(guān)技術(shù)，激光觸發(fā)真空開(kāi)關(guān)（Laser-Triggered Vacuum Switch, LTVS）將可能成為一種更加性能優(yōu)越的高壓強(qiáng)流脈沖開(kāi)關(guān)，它具有通流容量大、易于實(shí)現(xiàn)重頻觸發(fā)、時(shí)延抖動(dòng)小、工作電壓范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但關(guān)于LTVS觸發(fā)和導(dǎo)通機(jī)理的國(guó)內(nèi)外相

2、關(guān)研究仍較少。
　　本論文以合作單位課題組設(shè)計(jì)的LTVS為對(duì)象，實(shí)驗(yàn)研究不同激光脈沖參量、開(kāi)關(guān)主間隙電壓、激光照射位置和LTVS結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)通參量的影響；也對(duì)靶電極的觸發(fā)壽命、能量對(duì)靶電極損耗的影響以及電弧光譜開(kāi)展研究；進(jìn)而分析激光脈沖與靶電極物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生等離子體機(jī)制和LTVS導(dǎo)通機(jī)制的相關(guān)理論。優(yōu)化激光脈沖參量和靶電極材料結(jié)構(gòu)，利用COMSOL仿真軟件和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析靶電極表面電場(chǎng)和開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)通參量的影響，結(jié)果證明靶電極附近電

3、場(chǎng)增大能有效優(yōu)化導(dǎo)通參量，多棒極型LTVS導(dǎo)通參量明顯優(yōu)于平面型LTVS。從而為進(jìn)一步優(yōu)化LTVS性能提供方法和依據(jù)。
　　本論文分析介紹了激光脈沖與物質(zhì)相互作用從而產(chǎn)生等離子體和細(xì)小中性粒子的機(jī)制，即LTVS觸發(fā)機(jī)制，包括:蒸發(fā)燒蝕、爆炸燒蝕、光電效應(yīng)、熱電子發(fā)射、多光子電離、逆軔致輻射電離等；分析選擇KCl和Ti作為靶材的設(shè)計(jì)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)研究了不同能量、波形、脈寬、偏振態(tài)及聚焦特性的ns脈沖激光在不同主間隙電壓下對(duì)該LTVS導(dǎo)通

4、參量的影響，初步獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
　　（1）隨著單脈沖能量的增大，導(dǎo)通參量?jī)?yōu)化會(huì)呈現(xiàn)飽和的趨勢(shì)；（2）僅在小激光能量下，主間隙電壓的增加會(huì)優(yōu)化導(dǎo)通參量，并且通過(guò)研究電弧光譜發(fā)現(xiàn)主間隙電壓對(duì)光譜強(qiáng)度和電弧等離子體種類有影響；（3）聚焦光斑和離焦量實(shí)驗(yàn)表明導(dǎo)通參量?jī)?yōu)化隨著能量密度的增大而趨于極限；（4）由于熱效應(yīng)機(jī)制在與物質(zhì)作用過(guò)程中占主導(dǎo)地位，1064nm和532nm不同波長(zhǎng)激光對(duì)導(dǎo)通參量基本無(wú)影響，同時(shí)，ns脈沖激光不同偏振態(tài)對(duì)初始