Главная  Источники питания лазеров 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Источники питания лазеров

В начальном состоянии электрическая проводимость газоразрядного прибора (ГРП) незначительна, поэтому он представляет разрыв для электрической цепи. Включение прибора осуществляется инициированием, в результате которого зажигается разряд в газе и промежуток между электродами прибора приобретает электрическую проводимость. Повышение электрической проводимости газа достигается его ионизацией. Ионизировать газ можно путем сообщения ему некоторой дополнительной энергии. Вводить энергию в газоразрядный промежуток можно различными способами [л]: статическим электрическим полем, высокочастотным электрическим полем, высоковольтными импульсами, интенсивным световым облучением, облучением рентгеновским и радиоактивным излучением, нагреванием (термоионизацией) и т. п.

В лазерной технике наибольшее распространение получили первые три способа инициирования зажигания газового разряда. При первом схема зажигания вырабатывает однополярное инициирующее напряжение una с относительно малой скоростью нарастания, не превосходящей некоторого критического значения, при котором напряжение самопробоя еще сохраняет неизменное значение. Условная граница скорости нарастания 10-В/с.

При некотором значении uh, равном статическому напряжению uct, возникает самопроизвольный пробой разрядного промежутка, приводящий к образованию каналов с высокой проводимостью и зажиганию разряда. Для возникновения стационарного (в непрерывном режиме) или квазистационарного (в импульсном режиме) горения разряда образования проводящих каналов еще само по себе не достаточно [5]: необходимо, чтобы после появления таких каналов основной источник, питающий ГРП, подхватил и удержал газовый разряд в заданном режиме. Подхват будет иметь место, если от источника питания подается на газоразрядный промежуток разность потенциалов не менее так называемого напряжения зажигания, т. е. /пит^заж.

При втором способе инициирование осуществляется воздействием иа разрядный промежуток медленно возрастающего высокочастотного напряжения. Здесь так же, как и в предыдущем случае, при достижении высокочастотным напряжением t/ив значения, равного значению напряжения пробоя t/np, промежуток пробивается, что приводит в конечном итоге к зажиганию и установлению стационарного разряда. Вообще напряжение unp здесь не равно f/от. В зависимости от частоты инициирующего сигнала напряжение 1/пр может быть меньше uc-r (в области долей и единиц мегагерц) либо больше uct (десятки мегагерц); лишь при понижении частоты (вплоть до нулевого значения) t/np становится равным ист-



Особенность высокочастотного зажигания состоит в том, что с увеличением частоты инициирующего сигнала напряжение, при котором возникает пробой, уменьшается и при некоторой частоте достигает минимума, далее с увеличением частоты напряжение про-боя снова возрастает [6]. При коротких разрядных промежутках (не более нескольких сантиметров) минимум напряжения пробоя приходится на область частот 10-20 МГц. При длинных промежутках минимум смещается к частоте в 1 МГц и ниже [7]. Это может быть объяснено тем, что с повышением частоты инициирующий сигнал все больше шунтируется распределенной емкостью длинной газо- разрядной трубки. Кроме того, с ростом частоты следует учитывать необходимость повышения инициирующего напряжения для компенсации дополнительно возникающих потерь энергии сигнала. Так, например, с увеличением частоты часть инициирующего напряжения может падать на индуктивном сопротивлении подводящих проводов, .С повышением частоты растут также потери инициирующего сигнала на электромагнитное излучение. Мощность этого излучения пропорциональна току, квадрату частоты, квадрату длины проводов и зависит от магнитной и диэлектрической проницаемостей среды. Из расчетов видно, что при частоте 10 МГц и длине проводов 10 м потери на излучение достигают 807о, ири 1 МГц - 20%, при 0,1 МГц-2%.

Весьма широкое распространение получило зажигание ГРП с помощью импульсов с амплитудой инициирующего напряжения f/нн, значительно превышающей напряжение статического пробоя на постоянном и высокочастотном электрическом полях [1, 3, 5, 7]. Этот режим реализуется приложением одиночного высоковольтного импульса или импульса в виде затухающих колебаний от маломощной схемы; основной разряд поддерживается силовым источником питания. На практике, в силу простоты формирования, используется, как правило, импульс в виде затухающих колебаний. Далее -будут рассмотрены схемы именно с такой формой импульса, тем более, что особых преимуществ прямоугольный импульс ие имеет.

Зажигание ГРП зависит не только от степени перенапряжения на газоразрядном промежутке, но и от длительности инициирующего импульса и частоты затухающих колебаний в нем. Длительность этого импульса должна быть больше времени зажигания разряда, складывающегося из времени запаздывания начала развития пробоя и времени формирования канала высокоионизированной плазмы. Увеличение амплитуды и длительности импульса .равносильно увеличению энергии в нем. С увеличением энергии -в инициирующем импульсе уменьшается напряжение зажигания f/заж. Предел уменьшения и ват достигается при увеличении энергии до значения, способного вывести разряд на -рабочий, стационарный участок; при этом Uz&m приближается к значению напряжения погасания Un. Очевидно, что импульсная мощность должна выть сравнима с мощностью основного источника питания. В особых случаях, когда требуется иметь минимально возможное Ushk, увеличение импульсной мощности находит практическое применение (схемы с двухступенчатым зажиганием). Если особых требований к величине С/заж не предъявляется, то амплитуду инициирующих импульсов Unu выбирают в 1,5-2 раза выше напряжения пробоя ГРП. Частота затухающих колебаний в импульсе, как рассматривалось ранее, влияет на Us&m; для конкретных ГРП может быть найдено такое ее значение, при котором Usam становится наименьшим.



Заметное влияние на зажигание оказывают внешние иояизато .ры [6]. При наличии ионпзаторов (например, слабьге высокочастотные поля, освещение газоразрядного промежутка, подогрев катода ГРП, рентгеновское излучение и т. п.) напряжение пробоя понижается, становится более стабильным, а также уменьшается запаздывание между моментом приложения инициирующего напряжения и началом зажигания.

В соответствии со способами зажигания (рис. 1.1) схемы зажигания могут быть классифицированы по двум основным признакам: форме сигнала и способу подачи инициирующего сигнала. Во втором

СпосоЛ/

СтвгпичЕстм элентричЕСкии полем

Вь/со/<очаетоттт злеитри'/вским полеп

BnwoffoBom/Timmu

Внешнее

внутреннее

тельное

Лартлель-ное

Смешанное

Рис. 1,1. Способы зажигания

Случае схемы' зажигания делятся на схемы внешнего зажигания, внутреннего, последовательного, параллельного и смешанного [5, 7].

В схеме Внешнего зажигания (рис. 1,2,а) инициирующий сигнал подается на внешний электрод зажигания ГРП, Электрод зажигания таких приборов выполняется в виде электропроводящих элементов, расположенных на поверхности газоразрядной трубки. Например, в импульсных лампах электрод зажигания представляет собой полоску из токопроводящей мастики, нанесенной на колбу из стекла (МФК-120), либо выполнен в виде тонкой проволочки, навитой на трубку (ИФК-2000) [5]. В некоторых случаях в качестве внешнего электрода зажигания используется изолированный металлический

Источит питания

Схема зажигания

Ист.очнин Питания

Схема зажигания

Источник, питания

П

Схема зажигания

Источник питания

Схема зажигания

Рис. 1.2. Подключение схем зажигания



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34