中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621999
气体开关作为脉冲功率装置的关键部件，其自击穿概率以及触发放电延时抖动对整个脉冲功率系统具有至关重要的影响。降低开关工作系数有利于提高开关稳定性，但延时抖动会随之增大。针对用于磁驱动实验的10 MA级大电流装置应用需求，设计了一种具有较高场畸变系数、能在较低工作系数条件下稳定工作的三电极气体开关，并开展了该开关的性能研究。模拟与实验结果表明：在触发电压与充电电压相当的条件下，开关的场畸变系数接近4，开关工作系数高于60%时，开关具有较低的延时抖动，抖动均方根小于3 ns。结合该开关设计了一个两级Marx储能模块，充电电压±50 kV条件下短路放电，模块回路放电电流峰值达到150 kA、周期2 μs。上千次放电实验后，开关电极表面未发生明显烧蚀，工作正常。工作系数68.5%时，共计4 000发实验中未出现自放电现象，自击穿概率低于2.5×10−4。上述结果表明该开关可满足300～400只开关同时工作的大电流装置需求。
脉冲功率 气体开关 抖动 场畸变系数 pulse power gas switch jitter field distortion coefficient 强激光与粒子束
2023, 35(6): 065003
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025018
快脉冲直线变压器驱动源 (FLTD)是目前经济、高效构建大型脉冲功率源的重要技术途径，但其多 “子块”串并联的电路拓扑对开关提出极严苛的技术要求。针对多开关同步时系统自放电概率骤增的难题，开展 FLTD气体火花开关自放电特性研究。选取三电极场畸变和多间隙两种典型开关结构，在 ±100 kV条件下研究放电电流和开关结构参数对自放电概率的影响规律。研究结果表明， 29 kA脉冲电流多次作用下，三电极场畸变开关和六间隙开关自放电电压均服从 Weibull分布，三电极开关放电分散性约 4%，而六间隙开关放电分散性超过 15%，两类开关均出现较明显的提前放电现象。分析认为开关放电分散性大与中间电极悬浮导致间隙电压分布不均有关，采用电阻强制均压的方式，三电极场畸变和六间隙多通道开关放电分散性明显减小，分别减小至 2%和 5%。
快脉冲直线变压器驱动源 气体火花开关 三电极场畸变 多间隙 自放电概率 Fast Linear Transformer Driver gas spark switch three -electrode field distortion multi-stage pre -fire probability 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(5): 919
1 浙江科技学院理学院，浙江 杭州 310023
2 浙江大学机械工程学系，浙江 杭州 310027
提出了一种可根本消除各种光场畸变的横向剪切数字全息方法，采用三幅物面相互存在微小平移的数字全息图，通过波前差分来消除照明光和参考光引入的相位畸变，用横向剪切波前重构算法恢复待测物面三维数据。设计了一个反射式实验检测光路，光路中人为引进未知的波前畸变对该算法进行了实验验证。结果表明，在没有对物面和CCD 记录面做严格方位校准，横向平移精度为0.01 mm，平移量为0.02 mm 的条件下，标准相位的均方根误差约为λ 14 ，分析了其误差来源，可用于超精密光学三维测量，有望减小光场畸变提高测量精度。
全息 数字全息 物面平移 横向剪切 光场畸变
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 脉冲功率科学与技术重点实验室， 四川 绵阳 621999
为减小脉冲功率源装置的体积，对场畸变三电极轨道气体开关和两电极轨道气体开关结构进行了小型化低电感设计，采用电磁场仿真软件对局部结构进行优化，对初步设计的触发开关和自击穿开关在不同气压(0～0.3 MPa)和不同气体介质(N2，SF6，以及二者混合)条件下的击穿电压及导通电感等进行了研究。研究表明: 小型触发开关和自击穿开关在0～0.3 MPa气压范围内自击穿电压随气压具有较好的线性关系; 相同气压下SF6气体的自击穿电压约为N2气体的两倍; N2与SF6压力按3∶2混合的自击穿电压约为纯SF6气体的0.8～0.9倍; 内部充入0.25 MPa 气压的SF6气体时，触发开关和自击穿开关均可在190 kV左右正常工作。根据实验中出现的开关沿面击穿现象，对开关的沿面绝缘能力进行了优化设计，并得到了实验验证。另外通过短路放电测试，得到触发开关电感约22 nH，自击穿开关电感约20 nH，开关导通电流大于20 kA，多次放电后电极烧蚀痕迹分布均匀。
脉冲功率源 Marx发生器 场畸变开关 击穿电压 开关电感 pulsed power supply Marx generator field distortion switch breakdown voltage switch inductance 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045034
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
为实现低密度粉末炸药的线同步起爆，研制了一种爆炸丝线起爆系统。储能装置采用3个低感电容并联，总容量为12 μF；采用200 kV/100 kA场畸变开关作为放电开关；触发器产生1.5 kV脉冲经过高压脉冲变压器输出幅度大于40 kV的高压脉冲触发开关。在储能电容器充电40 kV下，电爆炸丝负载上获得了73 kA的脉冲电流。采用高速分幅相机观测了爆炸丝爆炸过程图像，结果表明爆炸丝膨胀过程的同步性较好。该线起爆系统已成功应用于爆炸膨胀环实验。
爆炸丝 线起爆 场畸变开关 爆炸膨胀环 exploding wire line initiation field distortion switch explosive expanding ring 强激光与粒子束
2014, 26(3): 035004
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室， 西安 710049
2 西北核技术研究所， 西安 710024
设计了一种用于直线变压器驱动源的三电极场畸变气体火花开关。开关采用SF6气体绝缘，开关尺寸和电感较小，实测开关电感约为67 nH。在工作电压±80 kV、工作系数为70%时，开关触发时延为40.0 ns，抖动约2.8 ns。对比研究了钨铜合金和黄铜两种电极材料对开关静态和触发击穿特性的影响，研究结果表明：铜钨合金电极开关的自击穿电压分散性、触发时延及抖动、自放电概率和电极表面烧蚀均小于黄铜电极，更适宜作为三电极场畸变开关的电极材料。
快脉冲直线变压器驱动源 三电极场畸变 气体火花开关 触发时延 电极烧蚀 fast pulse linear transformer driver three-electrode field-distortion gas spark switch trigger delay electrode erosion
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
基于半导体放电管过电压自击穿原理，探索设计了一种固体场畸变三电极开关。该开关由两组半导体放电管阵列印刷电路组成，受到触发时，一组半导体放电管阵列首先击穿，另一组阵列继而过电压自击穿，开关导通。实验测试了特定幅值触发脉冲时的负载电压，初步验证了半导体放电管固体场畸变三电极开关设计的可行性。讨论了降低开关导通电感，提高通流能力、工作电压及运行频率的方法。
半导体放电管 场畸变 三电极 多元胞 semiconductor arrester field distortion three-electrode multi-cell
完成了小型方波脉冲磁场装置的双线圈负载设计，在一定区域内获得了近似匀强磁场。采用阻抗2 Ω的6级脉冲形成网络作为初级储能和脉冲形成单元，对匹配电阻放电产生了方波脉冲电流波形。研制了一种场畸变气体火花间隙作为主放电开关，有效减小了装置的动作时延和分散性。实验结果表明：负载中心峰值磁感应强度达到0.04 T，方波磁场平顶时间约3 μs，平顶度小于5％，上升前沿（磁感应强度峰值10％～90％）小于0.5 s，装置的动作时延抖动小于10 ns（标准偏差）。
脉冲形成网络 场畸变气体火花开关 脉冲磁场 磁感应强度 pulse-forming network field-distorted gas spark switch pulsed magnetic field magnetic induction
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
模式耦合、弯曲畸变、弯曲损耗是大模场光纤激光中重要的考虑因素。为了研究模场畸变对于大模场光纤光束质量的影响，理论研究了阶跃光纤的模式耦合和模场畸变的特性。计算了有效弯曲半径经历渐变和突变情况下，模式功率随传播距离和有效弯曲半径的关系。数值计算结果显示，弯曲半径经历匀滑的变化过渡到直光纤，当最小有效弯曲半径大于3 cm时，畸变基模激发的高阶模就可以忽略。而弯曲半径经历突然的变化过渡到直光纤，这个最小弯曲半径需大于20 cm时，畸变基模激发的高阶模才可以忽略。
光纤光学 大模场 模式耦合 模场畸变 光学学报
2011, 31(s1): s100204
