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1、(10)申请公布号 CN 103022858 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103022858 A *CN103022858A* (21)申请号 201210525708.X (22)申请日 2012.12.07 H01S 3/038(2006.01) (71)申请人 华中科技大学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037 号 (72)发明人 李凌峰 左都罗 陆培祥 王新兵 徐勇跃 胡耀文 (74)专利代理机构 华中科技大学专利中心 42201 代理人 曹葆青 (54) 发明名称 一种电晕预电离装置 (57) 摘要 本发明提供一种电晕预电离装置， 该装置包 。
2、括同心布置的电晕外电极， 介质管、 内电极， 电晕 内电极位于介质管内， 半径略小于介质管的内径， 电晕外电极与放电腔的第一主放电电极是电气相 连的， 内电极通过引线与放电腔的第二主放电电 极相连。通过采用大面积的电晕外电极与介质管 间隔形成障碍放电， 获得均匀分布的较高预电离 电子密度。外电极将 UV 辐射限制在主放电区， 从 而提高了 UV 利用率， 避免了一些有害弧光和寄生 放电的产生。 电晕电极布局结构紧凑， 不会影响工 作气体的流动。采用半径略小于介质管内径的电 晕内电极且将内电极一端固定， 另一端用弹片柔 性连接的方法消除了由于长期工作内电极受热膨 胀的影响， 提高了预电离装置长期。
3、工作的稳定性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 1/1 页 2 1. 一种电晕预电离装置， 其特征在于， 该装置包括同心布置的电晕外电极， 介质管他和 内电极， 电晕内电极位于介质管内， 且半径略小于介质管的内径， 电晕外电极与放电腔的第 一主放电电极是电气相连的， 内电极通过引线与放电腔的第二主放电电极相连。 2. 根据权利要求 1 所述的电晕预电离装置， 其特征在于， 所述电晕外电极包括圆弧外 电极， 圆弧面外电极和外电极平板段 ； 圆弧外。
4、电极为一圆弧柱面， 其圆弧面与圆弧面外电极 的圆弧面半径相等， 圆弧面外电极紧靠第二主放电电极， 起到支撑作用， 圆弧外电极和圆弧 面外电极分布在介质管的两侧， 并通过外电极平板段连接在一起， 外电极平板段同介质管 相切。 3.根据权利要求1或2所述的电晕预电离装置， 其特征在于， 在介质管两端固定在带有 出光孔的绝缘挡板上， 并在介质管与小孔接头处安装绝缘密封圈 ； 电晕内电极上设置用于 与外电路电气连接的铜质弹片。 4.根据权利要求1或2所述的电晕预电离装置， 其特征在于， 电晕外电极的圆弧面的圆 周弧度为 200 250， 并且与介质管外表面保持一定距离。 5.根据权利要求1或2所述的电。
5、晕预电离装置， 其特征在于， 晕外电极的圆弧面与介质 管外表面的距离为 10um 200um。 6.根据权利要求1或2所述的电晕预电离装置， 其特征在于， 电晕外电极的圆弧面的圆 周弧度为 225。 权 利 要 求 书 CN 103022858 A 2 1/3 页 3 一种电晕预电离装置 技术领域 0001 本发明属于气体激光器预电离技术， 具体涉及一种电晕预电离的结构装置， 尤其 是能产生均匀分布的较高预电离电子密度、 性能稳定的电晕预电离装置 背景技术 0002 脉冲激光器的性能 ( 主要包括最大注入能量密度和激光光束质量 )， 特别是大体 积TEA CO2、 高重复频率的准分子激光器等受。
6、气体介质的预电离程度(即主放电前的初始电 子密度及其分布 ) 影响极大。最常见的紫外预电离技术有火花针预电离 ( 利用热电弧发出 强烈的紫外光 )、 电晕预电离。由于火花预电离的气体寿命比电晕预电离短， 以及火花放电 预电离的工作方式会污染腔内各种元件， 如电极等， 并且工作效率较低， 产生的初始电子密 度的均匀性也不够高， 特别是它不适用于高重复率工作的准分子激光器， 所以一般采用电 晕预电离。 早期， 常用的电晕预电离装置由圆柱棒状内电极、 介质管、 平板外电极组成， 将内 电极嵌在介质管内， 平板外电极直接贴在电介质的表面， 电晕电极分别接在对应的主电极 上。 后来Kakizaki等人(。
7、US patent， 2003.6,654,402B1)将平板电极改进为网状的， 这在一 定程度上， 解决了气体流通不畅， 平板电极遮挡 UV 紫外辐射的弊病。但是， 平板外电极与圆 柱状介质管形成还是线状接触， 电极间的场强较弱， 不能得到较高的预电离密度， 均匀性的 影响也较大。另外， 电晕放电产生的辐射 ( 下部 ) 会被电极板挡掉， 平板电极还会阻碍气流 的局部流动， 又由于电晕预电离产生的 UV 辐射是无方向的， 即向四周都会发生辐射， 如果 不加限制， 主放电区域外部的区域也受到 UV 辐射， 一方面， 造成 UV 辐射的浪费， 另一方面， 这也有可能导致弧光放电的产生。 如被电介。
8、质腔壁吸收后， 会在腔壁积聚电子， 产生一些无 用的弧光放电和寄生放电。 0003 最近 Igor Bragin 等人 (US Patent6650679) 设计的装置如图 1 所示， 该套装置包 括一对主电极即第一主放电电极 11、 第二主放电电极 12， 放电区 17， 电晕外电极 16 被做成 一个弯曲的形状， 使得主放电区域以外的UV辐射被遮挡， 通过该结构可以限制UV辐射的方 向， 使辐射主要集中在主放电区域， 网状或多孔的箔 19， 使紫外透过， 而元件 15 由金属或其 它导体组成， 用来加固预电离装置的外部电极。元件 14 则由陶瓷或其它电介性质的绝缘体 构成， 用来加固电介质。
9、。该装置明显的缺点就是结构复杂， 操作繁琐， 而且会使阴极电极表 面和预电离电介质表面的气体停滞不动， 阻碍工作气体的流动， 工作产生的热量也不易被 带走， 长时间工作以后对预电离的强度及均匀性会有影响。 发明内容 0004 为了克服现有电晕预电离装置预电离强度较弱和放电不均匀、 容易起弧和一些有 害的寄生放电、 稳定性较差等诸多缺点， 本发明提供一种新型的电晕预电离装置， 该装置不 仅能获得均匀分布的较高预电离电子密度， 而且解决了预电离结构的热影响问题。 0005 本发明提供的一种电晕预电离装置， 其特征在于， 该装置包括同心布置的电晕外 电极， 介质管他和内电极， 电晕内电极位于介质管内。
10、， 且半径略小于介质管的内径， 电晕外 说 明 书 CN 103022858 A 3 2/3 页 4 电极与放电腔的第一主放电电极是电气相连的， 内电极通过引线与放电腔的第二主放电电 极相连。 0006 作为上述技术方案的改进， 所述电晕外电极包括圆弧外电极， 圆弧面外电极和外 电极平板段 ； 圆弧外电极为一圆弧柱面， 其圆弧面与圆弧面外电极的圆弧面半径相等， 圆弧 面外电极紧靠第二主放电电极， 起到支撑作用， 圆弧外电极和圆弧面外电极分布在介质管 的两侧， 并通过外电极平板段连接在一起， 外电极平板段同介质管相切。 0007 作为上述技术方案的进一步改进， 在介质管两端固定在有小孔的绝缘挡板。
11、上， 并 在介质管与小孔接头处安装绝缘密封圈 ； 电晕内电极上设置用于与外电路电气连接的铜质 弹片。 0008 本发明提供的电晕预电离装置， 通过采用大面积的电晕外电极与介质管间隔形成 障碍放电， 获得较高预电离电子密度， 而且放电均匀。外电极将 UV 辐射限制在主放电区， 从 而提高了 UV 利用率， 避免了一些有害弧光和寄生放电的产生。电晕电极布局结构紧凑， 不 会影响工作气体的流动。 0009 本发明通过在介质管两端设置具有支撑功能的绝缘挡板， 介质管与绝缘挡板外内 电极引脚及金属外壳采用绝缘 O 圈密封的方式解决内外电极爬电问题， 采用半径略小于介 质管内径的电晕内电极且将内电极一端固。
12、定， 另一端用弹片柔性连接的方法消除了由于长 期工作内电极受热膨胀的影响的方法， 提高了预电离装置长期工作的稳定性。 附图说明 0010 图 1 是现有的电晕预电离装置的结构示意图 ； 0011 图 2 是本发明提供的放电腔中电晕预电离装置整体布局示意图 ； 0012 图 3 是电晕预电离装置结构图 ； 0013 图 4 是电晕预电离装置剖面图 ； 0014 图 5 是绝缘挡板三维示意图。 具体实施方式 0015 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是， 对于 这些实施方式的说明用于帮助理解本发明， 但并不构成对本发明的限定。 此外， 下面所描述 的本发明各个实施方式。
13、中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 0016 本发明提供的电晕预电离放电腔如图 2 所示， 其结构主要由第一、 第二主放电电 极 21， 22， 电晕外电极 23， 介质管 24， 电晕内电极 25 构成。电晕外电极 23， 介质管 24、 内电 极 25 同心放置， 电晕内电极 25 位于介质管 24 内， 半径略小于介质管 24 的内径， 它们共同 构成预电离装置 ； 第一、 第二主放电电极 21， 22 位于整个放电腔的中心， 两套同样的预电离 装置对称分布于主放电电极22的两侧， 沿主放电电极21， 22长度方向放置且与电场方向垂 直 ； 电晕外电极 23 与第。
14、一主放电电极 22 是电气相连的， 内电极 25 通过引线与第二主放电 电极 21 相连。 0017 所述的电晕外电极 23 结构如图 3 所示， 主要由圆弧外电极 31， 圆弧面外电极 32 和外电极平板段 33 构成。圆弧外电极 31 为一圆弧柱面， 其圆弧面与圆弧面外电极 32 的圆 弧面半径相等， 圆弧面外电极 32 紧靠第二主放电电极 22， 起到支撑作用， 圆弧外电极 31 和 说 明 书 CN 103022858 A 4 3/3 页 5 圆弧面外电极32分布在介质管的两侧， 并通过外电极平板段33连接在一起， 外电极平板段 33 同介质管 24 相切 ； 电晕外电极 23 的圆弧。
15、面的圆周弧度可以为 200 250 ( 优选值 为 225 )， 并且与介质管外表面保持一定距离， 范围可以在 10 200um。 0018 图4所示为预电离装置的剖面图， 电晕外电极23长度短于介质管24， 介质管24两 端固定在打有小孔的绝缘挡板41上， 并在管与小孔接头处用绝缘密封圈42来密封固定。 电 晕内电极 25 略长于介质管 24， 并用铜质弹片 43 来与外电路构成电气连接。 0019 为方便理解， 图 5 电晕预电离装置两端与绝缘挡板及密封圈连接的三维立体图。 由于有对称分布的两套预电离装置， 故具有支撑功能的绝缘挡板 41 上有两同样大小的安 装孔 51， 绝缘挡板 41 。
16、上还开有出光孔 52。 0020 电晕外电极 23 和介质管 24 之间留有间隔的目的在于利用间隔产生障碍放电、 放 电产生的弱等离子体产生 UV 辐射， 并且有间隔时， 照射介质管 24， 使其产生电子发射， 提供 一定量的种子电子， 这样可以均匀放电更容易发生。电晕放电实质上是两电极形成的电容 放电击穿过程， 电容越大， 其上耦合的能量就越大， 电晕就越强， 大弧度的电晕外电极 23 正 好提供了大电容所需的大面积电极， 而且阻碍了 UV 光向非主放电区辐射而产生有害的弧 光或寄生放电。为了进一步增大两电极形成的电容， 介质管 24 可以采用介电常数较大的材 料制作， 如陶瓷、 钛酸锶等材。
17、料制成。具有一定厚度且紧靠主放电电极 22 的电晕外电极 32 部分则可以起到固定支撑介质管 6 的作用， 这样整套装置就很紧凑、 牢固。 0021 在激光器工作过程中， 要在电晕内外电极上施加几万伏的高压， 很容易在电晕内 外电极之间形成爬电。爬电是有害的， 因为它是直接击穿内外电极之间的工作气体而没有 通过介质管， 这样就起不到预电离的目的， 而且浪费了能量， 使后续的预电离过程无法正常 发生。为此本发明在介质管 24 两端外加支撑功能的绝缘挡板 41， 并用绝缘密封圈 42 加以 密封， 这样就隔绝了电晕的内外电极， 从根本上解决了爬电问题。 0022 另外， 由于在工作过程中， 电极的。
18、温度会被加热到很高， 而电极的膨胀系数相对比 较大， 如黄铜的热膨胀系数为 1.910-5/k， 紫铜的热膨胀系数为 1.710-5/k， 这会使电极 膨胀， 而电介质具有易碎的性质则在工作过程电极的膨胀会挤压电介质， 使其弯曲和破裂， 电晕内电极长度也会因受热而延长而对两端的连接装置产生挤压， 为此本发明采将电晕内 电极 25 一端固定， 另一端用弹片 43 柔性连接的方法消除了由于长期工作内电极受热膨胀 而导致长度延伸的影响， 且内电极25半径略小于介质管24内径， 这样就为受热膨胀预留了 空间， 保证电晕放电持久稳定的进行。 0023 综上所述， 本发明的电晕预电离装置能产生主放电所需的初始电子浓度， 且分布 均匀， 具有 UV 利用率高、 寄生放电少、 结构紧凑、 稳定性好、 寿命长等优点。 0024 以上所述为本发明的较佳实施例而已， 但本发明不应该局限于该实施例和附图所 公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改， 都落入本发明保 护的范围。 说 明 书 CN 103022858 A 5 1/3 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103022858 A 6 2/3 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103022858 A 7 3/3 页 8 图 5 说 明 书 附 图 CN 103022858 A 8 。