[实用新型]一种基于脉冲氢闸流管和低阻抗电缆Blumlein脉冲形成线的等离子体电光开关驱动电路

说明书

技术领域

本使用新型属于激光等离子体电极电光开关驱动技术研究领域，属于光电子学，具体涉及一种等离子体电极电光开关驱动技术，采用低阻抗电缆型Blumlein脉冲形成技术得到纳秒级矩形高压脉冲，用于激光等离子体电极电光开关的驱动脉冲，输出矩形高压开关脉冲的平顶幅度等于脉冲形成线充电电压，具有充电电压低、输出方波高压脉冲平顶波动小、脉冲形成电缆兼作脉冲传输电缆、系统结构紧凑等特点。 

背景技术

等离子体电极电光开关是高功率激光系统中激光束多程片状功率放大原理得以实现的关键技术。在激光束通路上插入垂直放置的两个线偏正器之间，放入KDP电光晶体，晶体轴向与光束传播方向一致，在晶体的两面腔体中充以低压惰性气体，采用高压脉冲放电技术在惰性气体中形成大面积均匀等离子体，该等离子体作为开关脉冲的加载电极，在激光束到达时刻对等离子体电极施加适当脉冲幅度的矩形高压脉冲，该系统对激光束起到开关作用，当电光晶体上施加矩形高压脉冲的幅度等于激光束90°偏转电压时，激光束通过，无脉冲电压时，激光束无法通过。在激光等离子体电极电光开关驱动脉冲功率系统中，纳秒级矩形高压开关脉冲对激光开关性能具有关键性作用，高功率激光系统用等离子体电极电光开关对驱动开关脉冲的指标要求很高，主要表现在：输出阻抗低、脉冲触发延时时间抖动小、输出矩形开关脉冲前后沿陡、输出脉冲平顶扰动小、尾后波动小等特点。 

传统的等离子体电极电光开关脉冲是在等离子体电极上并联低阻抗纯电阻负载，利用单人工线或电缆在该低阻抗（6.25W～50W）纯电阻负载上得到矩形高压开关脉冲，脉冲电压的幅度在10kV～15kV，脉冲宽度50ns～500ns,脉冲前沿、后沿20ns～100ns,平顶波动小于2%，为后波动小于5%，延时时间抖动小于10ns。从美国Lawrence Livermore National Laboratory的NIF高功率激光系统到我国最新研制的神光3高功率激光系统采用的等离子体电极电光开关的开关脉冲形成均采用了单人工线或电缆整形高压矩形开关脉冲，所采用的开关器件均为脉冲氢闸流管，采用单人工线的优势是脉冲氢闸流管的导通电感对脉冲波形的影响较小，缺点：A.是人工线的充电直流高压必须为输出矩形脉冲幅度的两倍以上，因此脉冲氢闸流管的直流耐压能力也必须选择大于输出脉冲幅度的两倍以上，这些都不易于系统的绝缘和可靠性的提高；B.脉冲形成单元和脉冲传输单元分离，脉冲形成线阻抗、传输电缆阻抗以及普克尔盒并联纯电阻负载三者的阻抗必须严格一致，否者影响输出矩形高压脉冲的波形，为了克服人工线与等离子体电极电光开关终端负载的不匹配对矩形脉冲波形的影响，传输电缆的长度需取得大于输出矩形脉冲宽度除以脉冲在电缆中的传输速率，对于输出脉冲宽度200ns的矩形高压脉冲，电缆中高压脉冲的传输速率为每纳秒5米，每套等离子体电极电光开关开关脉冲传输电缆的长度应当选取为不小于40m，对于阵列式高功率激光系统，所需采用的等离子体电极电光开关数量多达数十至上百套（神光3为64套，美国NIF为192套），脉冲传输电缆的数量将非常庞大。 

等离子体电极电光开关主要应用于大型阵列式多光束激光系统中，对于光束系数量在数十至数百范围，所需的等离子体电极电光开关及驱动源体积非常臃肿，采用单开关驱动的等离子体电极电光开关是等离子体电极电管开关驱动技术的发展趋势，其核心是即采用单开关脉冲加载到充有惰性气体的KDP晶体两端Pockel盒上，利用开关脉冲的前半段击穿惰性气体、形成大面积均匀高导等离子体，利用开关脉冲的后半段对激光进行电光调制，该思路设计巧妙，省略了原等离子体电极电光开关驱动等离子体形成所需的两路预电离脉冲和两路驱动主放电脉冲。等离子体电极电光开关驱动技术参见本文参考文献，本使用新型是正对单开关脉冲驱动等离子电极电光开关技术特点和需求衍生出来的新型开关脉冲形成技术。Lawrence Livermore National Laboratory的P. A. Arnold在文章《Pulsed Power Aspects of the NIF Plasma Electrode Pockels Cell》指出等离子体电极电光开关对开关脉冲的技术要求，但对于对于采用单开关脉冲驱动等离子体电极电光开关技术及电缆型Blumlein开关脉冲产生技术未予涉及。目前，大型阵列式高功率激光系统对等离子体电极电光开关驱动脉冲的要求，存在的技术难点：驱动源脉冲形成单元数量多、绝缘可靠性要求高，传输电缆长、数量多。 

实用新型内容