脉冲预电离管条电极.pdf

本发明涉及横流放电CO2激光器，是一种高功率横流放电CO2激光器多针予电离管-条电极。
    1980年中国《激光》杂志第七期上“2KW横向流动闭合循环CO2激光器”一文公开了一种多针触发管-条电极。它由水冷铜管阴极、条状铜阳极、玻璃导流板、直流电源、触发电源和触发针等组成。这种电极的缺点是当阴极和阳极之间的间隙d和气体流速V较大时，激光器的工作气压不能高（如大于45托），否则放电不稳定，换句话说，在较高工作气压P时，要达到稳定的均匀辉光放电，阴极与阳极的间距D和气体流速V受到较大限制，也就是说，限制了注入功率和激光输出功率的提高。

    本发明的目的提供一种电极，在激光器的工作气压高和气体流速大的条件下，仍能获得稳定的均匀放电，以提高激光器的输出功率和工作寿命。

    本发明的技术解决方案是将多针触发管-条电极改为脉冲予电离管-条电极。具体地说该电极如图1所示，有水冷铜管阴极5、条状铜阳极6、水泥填料15、绝缘板14，阳极水冷方铜管13、玻璃导流板3、直流电源7、镇流电阻11，所说的条状铜阳极嵌入水泥填料研磨成平滑平面并一起被绝缘板所支撑，其特征在于还有予电离针2、脉冲电源1、隔直电容12、直流滤波电感10，所说的予电离针处于铜管阴极上游（相对于气流方向而言），所说的直流电源通过直流滤波电感、镇流电阻、铜管阴极和条状铜阳极形成主放电回路，所说的脉冲电源的负极接予电离针，其正极通过隔直电容、镇流电阻和条状铜阳极形成予电离放电回路。4为予电离放电区，8为腔区9为放电区。

    所说的予电离针2与条状铜阳极地数量相同，在位置上一一对应。予电离针位于铜管阴极5的上游（相对于气流方向而言），每根予电离针尖各自对应于条状铜阳极上游边沿中点。

    所说的铜管阴极、条状铜阳极和予电离针的位置关系选取范围如下：

    予电离针与铜管阴极边沿的距离L为5～15毫米，予电离针尖到条状铜阳极的距离D为30～60毫米，铜管阴极从轴心到条状铜阳极的距离d为30～60毫米。

    最佳取值是D＝d-R，其中R为阴极铜管的半径。

    本发明的电极的优点是，激光器的放电的p·d值成倍增大，即可实现高气压大体积均匀辉光放电，从而使得注入放电区的最大电功率成倍增加，在采用合适的光腔耦合技术之后，激光输出功率也成倍增加。采用该电极结构后，工作电压（p·d）大大提高，相应的工作电流减少，激光器寿命延长。

    图1是横向放电CO2激光器采用本发明电极气流方向的剖视图。是本发明的一个具体实施例。其中参数为阴极和阳极间距d＝40毫米，阴极铜管半径R＝5毫米，予电离针尖到条状铜阳极的距离D＝d-R＝35毫米，予电离针到铜管阴极的边沿距离L＝10毫米。

    本发明的电极在上海光机所一台五千瓦横流CO2激光器上进行了实验。这台激光器原电极结构为多针触发管-条电极，阴阳极之间距d＝35mm，气体流速V＝70M/S，只能在P＝45托时获得稳定的均匀辉光放电，阴阳极之间电压V＝1600V，注入放电区的电功率最大值为40KW，激光输出为围5KW。采用本发明电极后，电极的主要参数是：阳极和阴极间距d＝40毫米，阴极铜管半径R＝5毫米，予电离针到铜管阴极边沿的距离L＝10毫米，脉冲电源的脉冲电压为2.5KV-3.0KV，脉冲频率f＝5KHZ，脉冲宽度为300毫微秒。激光器在气体流速为80-100米/秒，工作气体气压P为63-84托的情况下，能获得稳定且均匀的辉光放电，激光器工作电压可选在2.5KV-3.2KV工作，注入放电区内的电功率成倍增加，达80KW。激光输出功率大于8千瓦，激光输出功率在4-5KW范围内，可以连续工作8小时以上，一次充气可连续工作或存放25天以上。在环境温度36℃左右，冷却水温30℃的情况下，激光输出5KW，连续工作8小时。实验表明，本发明具有较好的实用价值。