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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240045
摘要:
根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求，设计了一种大功率脉冲激光电源，可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。前级充电网络采用串联LC谐振变换器，后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。最终，研制了1台7 kW实验样机，最大重复频率10 Hz，最高充电电压2.2 kV，可实现单脉冲最高700 J电能输出，满足大功率高能脉冲输出的应用需求，实验测试结果验证了设计的可行性。
根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求，设计了一种大功率脉冲激光电源，可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。前级充电网络采用串联LC谐振变换器，后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。最终，研制了1台7 kW实验样机，最大重复频率10 Hz，最高充电电压2.2 kV，可实现单脉冲最高700 J电能输出，满足大功率高能脉冲输出的应用需求，实验测试结果验证了设计的可行性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230420
摘要:
闪光X射线摄影技术在军事和民用等多个领域具有重要场景。针对重频直线感应加速器高重频的要求，提出了基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线的脉冲功率源方案，设计和研制了一种三同轴电缆，研究了氢闸流管的导通特性，搭建了氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源的验证平台，开展了kHz重频脉冲功率源实验研究，以及kHz重频脉冲功率源驱动重频感应腔的实验研究，结果表明：基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源实现了波形品质优异的kHz重频方波脉冲输出。
闪光X射线摄影技术在军事和民用等多个领域具有重要场景。针对重频直线感应加速器高重频的要求，提出了基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线的脉冲功率源方案，设计和研制了一种三同轴电缆，研究了氢闸流管的导通特性，搭建了氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源的验证平台，开展了kHz重频脉冲功率源实验研究，以及kHz重频脉冲功率源驱动重频感应腔的实验研究，结果表明：基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源实现了波形品质优异的kHz重频方波脉冲输出。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240036
摘要:
伪火花开关是工作在帕邢曲线左支的低气压开关，具有纳秒级击穿时间、百千安级脉冲电流、工作寿命长等特点。具有高重频性能的伪火花开关民用领域以及军事领域均有广泛的应用需求。基于双脉冲辉光放电触发结构，设计出一种具有重频能力的伪火花开关；在10 kV阳极电压下进行了整管测试，观察不同气压，预、主触发电压对重频性能以及触发性能的影响；结合仿真软件计算不同气压与触发电压下，触发电流的变化，最终总结了两个脉冲对触发过程的影响。测试结果表明，最低仅100 V触发电压，开关重复频率即可从沿面放电触发的100 Hz提升至400 Hz。
伪火花开关是工作在帕邢曲线左支的低气压开关，具有纳秒级击穿时间、百千安级脉冲电流、工作寿命长等特点。具有高重频性能的伪火花开关民用领域以及军事领域均有广泛的应用需求。基于双脉冲辉光放电触发结构，设计出一种具有重频能力的伪火花开关；在10 kV阳极电压下进行了整管测试，观察不同气压，预、主触发电压对重频性能以及触发性能的影响；结合仿真软件计算不同气压与触发电压下，触发电流的变化，最终总结了两个脉冲对触发过程的影响。测试结果表明，最低仅100 V触发电压，开关重复频率即可从沿面放电触发的100 Hz提升至400 Hz。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240040
摘要:
实验研究了氢闸流管的工作特性以及均压处理的优化效果。实验发现加热电压对氢闸流管的工作特性影响较大，在不出现自放电的前提下，使用更高的加热电压能够获得更好的导通性能。触发脉冲的差异以及不同的阳极电压对氢闸流管的导通性能基本无影响。采用电阻对氢闸流管进行均压，能够使其电压分布更加均匀，并且对自放电现象有一些改善。该研究为氢闸流管的使用提供了参考。
实验研究了氢闸流管的工作特性以及均压处理的优化效果。实验发现加热电压对氢闸流管的工作特性影响较大，在不出现自放电的前提下，使用更高的加热电压能够获得更好的导通性能。触发脉冲的差异以及不同的阳极电压对氢闸流管的导通性能基本无影响。采用电阻对氢闸流管进行均压，能够使其电压分布更加均匀，并且对自放电现象有一些改善。该研究为氢闸流管的使用提供了参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230363
摘要:
通过理论分析对经典J-A方程进行了修正，增强了其在脉冲条件下的适应性，利用脉冲磁化特性实验平台，测量了铁基纳米晶磁芯在不同磁化速率下的磁滞回线，采用遗传算法进行脉冲激励下的J-A参数辨识，将算法模拟的磁滞回线与实验测试的磁滞回线数据集进行拟合，验证了修正后的J-A方程的有效性，最后将遗传算法寻优得到的J-A参数应用于脉冲变压器场路耦合模型的磁芯J-A参数定义中，分析脉冲变压器初级电压为1.5 kV时的仿真与实验误差，得到脉冲变压器输出波形的脉冲前沿误差为3.33%，幅值误差为2.91%，相比于J-A参数的常规非线性求解方法精度更高，能更好地应用于脉冲功率系统中含磁性元件的建模仿真。
通过理论分析对经典J-A方程进行了修正，增强了其在脉冲条件下的适应性，利用脉冲磁化特性实验平台，测量了铁基纳米晶磁芯在不同磁化速率下的磁滞回线，采用遗传算法进行脉冲激励下的J-A参数辨识，将算法模拟的磁滞回线与实验测试的磁滞回线数据集进行拟合，验证了修正后的J-A方程的有效性，最后将遗传算法寻优得到的J-A参数应用于脉冲变压器场路耦合模型的磁芯J-A参数定义中，分析脉冲变压器初级电压为1.5 kV时的仿真与实验误差，得到脉冲变压器输出波形的脉冲前沿误差为3.33%，幅值误差为2.91%，相比于J-A参数的常规非线性求解方法精度更高，能更好地应用于脉冲功率系统中含磁性元件的建模仿真。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240053
摘要:
基于实用的观点综述性地归纳了小型脉冲功率发生器的主要电路方法，从电路的储能原理和电压叠加到开关单元设计及控制信号的产生技术。以作者的实际工作内容为主，用具体的电路实例介绍了几种脉冲功率电路的基本结构和主要结果。这些电路包括：电容储能Marx发生器，电感储能Marx发生器，混合储能Marx发生器，电容储能直线型变压器驱动器（LTD）和电感储能LTD。
基于实用的观点综述性地归纳了小型脉冲功率发生器的主要电路方法，从电路的储能原理和电压叠加到开关单元设计及控制信号的产生技术。以作者的实际工作内容为主，用具体的电路实例介绍了几种脉冲功率电路的基本结构和主要结果。这些电路包括：电容储能Marx发生器，电感储能Marx发生器，混合储能Marx发生器，电容储能直线型变压器驱动器（LTD）和电感储能LTD。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230392
摘要:
针对自触发预电离开关在不同电压等级下应用不同气体介质的需要，以及在双边驱动电磁脉冲模拟器中加载正负极性脉冲的需求，研究了预电离间隙在N2、N2/SF6混合气和SF6中正负极性下的击穿特性。研究了不同介质中间隙的击穿电压和时延随气压的变化规律，对比了正负极性下的间隙击穿特性。研究结果表明，在本文实验条件下，预电离间隙在N2中的击穿过程相对更为稳定，且N2中击穿电压随气压变化线性度最佳。相比N2和混合气，间隙击穿电压仅在SF6中随气压增大呈现饱和趋势。在一定气压范围内，N2中负极性下的击穿电压略高于正极性，混合气和SF6中负极性下的击穿电压明显高于正极性，间隙的击穿过程具有一定的极性效应。相比混合气和N2，间隙在SF6中的击穿电压绝对差值和击穿时延绝对差值都相对较高，为减小双边自触发预电离开关的同步时延差，应首选N2为预电离间隙的绝缘介质。在工程应用中需考虑极性效应和不同气体介质对预电离间隙击穿特性的影响。
针对自触发预电离开关在不同电压等级下应用不同气体介质的需要，以及在双边驱动电磁脉冲模拟器中加载正负极性脉冲的需求，研究了预电离间隙在N2、N2/SF6混合气和SF6中正负极性下的击穿特性。研究了不同介质中间隙的击穿电压和时延随气压的变化规律，对比了正负极性下的间隙击穿特性。研究结果表明，在本文实验条件下，预电离间隙在N2中的击穿过程相对更为稳定，且N2中击穿电压随气压变化线性度最佳。相比N2和混合气，间隙击穿电压仅在SF6中随气压增大呈现饱和趋势。在一定气压范围内，N2中负极性下的击穿电压略高于正极性，混合气和SF6中负极性下的击穿电压明显高于正极性，间隙的击穿过程具有一定的极性效应。相比混合气和N2，间隙在SF6中的击穿电压绝对差值和击穿时延绝对差值都相对较高，为减小双边自触发预电离开关的同步时延差，应首选N2为预电离间隙的绝缘介质。在工程应用中需考虑极性效应和不同气体介质对预电离间隙击穿特性的影响。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230347
摘要:
为了满足多路精确同步触发开关要求，将光导开关（PCSS）与V/N气体开关结合，可充分发挥PCSS低触发阈值、低抖动和光电隔离以及V/N气体开关工作电压高、带载能力强等优势。两种开关结合的核心是V/N气体开关结构参数与PCSS触发回路的参数匹配。分析计算了V/N气体开关的结构电容、触发回路振荡参数、开关电场分布等，研究了V/N气体开关的结构电容与PCSS、串联电感等构成的振荡回路的匹配关系，通过实验获得了V/N气体开关自击穿电压曲线、导通延迟时间以及不同欠压比下的延迟时间抖动等，初步验证了适用于PCSS触发的V/N气体开关设计。
为了满足多路精确同步触发开关要求，将光导开关（PCSS）与V/N气体开关结合，可充分发挥PCSS低触发阈值、低抖动和光电隔离以及V/N气体开关工作电压高、带载能力强等优势。两种开关结合的核心是V/N气体开关结构参数与PCSS触发回路的参数匹配。分析计算了V/N气体开关的结构电容、触发回路振荡参数、开关电场分布等，研究了V/N气体开关的结构电容与PCSS、串联电感等构成的振荡回路的匹配关系，通过实验获得了V/N气体开关自击穿电压曲线、导通延迟时间以及不同欠压比下的延迟时间抖动等，初步验证了适用于PCSS触发的V/N气体开关设计。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230410
摘要:
为解决绝缘堆真空沿面闪络的问题，研制了面向脉冲功率装置应用的真空绝缘堆耐压考核实验平台，建立了绝缘堆考核实验平台等效电路模型，分析了真空绝缘堆环间闪络对绝缘堆电压的影响。基于该平台开展了三种材料绝缘堆的真空沿面耐压考核实验，验证了真空绝缘堆考核实验平台的实用性与可靠性。该工作的开展为脉冲功率装置真空绝缘堆的工程化研制提供参考，同时为新型绝缘材料的应用研究提供考核实验平台。
为解决绝缘堆真空沿面闪络的问题，研制了面向脉冲功率装置应用的真空绝缘堆耐压考核实验平台，建立了绝缘堆考核实验平台等效电路模型，分析了真空绝缘堆环间闪络对绝缘堆电压的影响。基于该平台开展了三种材料绝缘堆的真空沿面耐压考核实验，验证了真空绝缘堆考核实验平台的实用性与可靠性。该工作的开展为脉冲功率装置真空绝缘堆的工程化研制提供参考，同时为新型绝缘材料的应用研究提供考核实验平台。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230337
摘要:
基于高重复频率强流多脉冲加速器的应用需求，针对交联聚苯乙烯（XLPS）材料在猝发多脉冲下的真空沿面闪络特性开展了实验研究。采用放置于平板电极中的XLPS圆台样品，在脉宽120 ns的单个脉冲和间隔500 ns的三脉冲加载下开展了真空沿面闪络实验，通过对实验平台和实验规范的优化设计，有效提升了实验效率和数据有效性，观测到了样品发生真空沿面闪络前的试样电压顶降现象和前序脉冲闪络对后续脉冲的显著影响，获得了XLPS材料在相应条件下真空沿面闪络的统计数据。在实验基础上，对XLPS材料在高重复频率多脉冲加载下的真空沿面闪络特性进行了分析，为高重复频率多脉冲加速器的绝缘设计提供了实验依据。
基于高重复频率强流多脉冲加速器的应用需求，针对交联聚苯乙烯（XLPS）材料在猝发多脉冲下的真空沿面闪络特性开展了实验研究。采用放置于平板电极中的XLPS圆台样品，在脉宽120 ns的单个脉冲和间隔500 ns的三脉冲加载下开展了真空沿面闪络实验，通过对实验平台和实验规范的优化设计，有效提升了实验效率和数据有效性，观测到了样品发生真空沿面闪络前的试样电压顶降现象和前序脉冲闪络对后续脉冲的显著影响，获得了XLPS材料在相应条件下真空沿面闪络的统计数据。在实验基础上，对XLPS材料在高重复频率多脉冲加载下的真空沿面闪络特性进行了分析，为高重复频率多脉冲加速器的绝缘设计提供了实验依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230360
摘要:
为了增大输出电压的同时减小高压阻尼振荡发生器的体积和降低其成本，建立了一种4×4级间自触发Marx结构的阻尼振荡发生器模型。该模型每级的主开关采用基于电容触发方式的串联IGBT模块，只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断，通过级间电容实现对相邻级放电管的栅极自动充电和放电，使其导通和关断。该模型提高了Marx单级的工作电压和简化了每级的驱动电路，并且通过加入缓冲电路，解决开关管动态、静态均压问题。基于这种拓扑结构搭建了一台高压阻尼振荡发生器样机，在电感负载上输出16 kV、振荡频率1 MHz的阻尼振荡波形，波形上升时间约为75 ns，重复频率500 Hz。样机体积小巧、工作稳定，验证了该方案的可行性。
为了增大输出电压的同时减小高压阻尼振荡发生器的体积和降低其成本，建立了一种4×4级间自触发Marx结构的阻尼振荡发生器模型。该模型每级的主开关采用基于电容触发方式的串联IGBT模块，只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断，通过级间电容实现对相邻级放电管的栅极自动充电和放电，使其导通和关断。该模型提高了Marx单级的工作电压和简化了每级的驱动电路，并且通过加入缓冲电路，解决开关管动态、静态均压问题。基于这种拓扑结构搭建了一台高压阻尼振荡发生器样机，在电感负载上输出16 kV、振荡频率1 MHz的阻尼振荡波形，波形上升时间约为75 ns，重复频率500 Hz。样机体积小巧、工作稳定，验证了该方案的可行性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230140
摘要:
高掺杂浓度的Tm3+增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率，但同时也会增加能量上转换带来的损耗，从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF2晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管（LD）端面泵浦下，实现最大功率2.99 W的自由运转输出，激光器的泵浦阈值为0.89 W，中心波长1851 nm，斜效率高达82.1%。采用KTP电光调Q开关演示了Tm:SrF2激光器的电光调Q输出特性。在500 Hz重复频率下，获得了1.02 mJ的最大单脉冲能量，泵浦阈值为2.01 W，最短脉冲宽度为45 ns，对应峰值功率为22.67 kW。实验结果表明，基于LD泵浦的Tm:SrF2激光器具有非常高的效率，有望成为中红外光学参量振荡器（OPO）和光学参量放大器（OPA）的理想泵浦源。
高掺杂浓度的Tm3+增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率，但同时也会增加能量上转换带来的损耗，从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF2晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管（LD）端面泵浦下，实现最大功率2.99 W的自由运转输出，激光器的泵浦阈值为0.89 W，中心波长1851 nm，斜效率高达82.1%。采用KTP电光调Q开关演示了Tm:SrF2激光器的电光调Q输出特性。在500 Hz重复频率下，获得了1.02 mJ的最大单脉冲能量，泵浦阈值为2.01 W，最短脉冲宽度为45 ns，对应峰值功率为22.67 kW。实验结果表明，基于LD泵浦的Tm:SrF2激光器具有非常高的效率，有望成为中红外光学参量振荡器（OPO）和光学参量放大器（OPA）的理想泵浦源。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.240004
摘要:
报道了端面泵浦被动调Q激光驱动RbTiOPO4晶体拉曼实现271 cm−1频移高阶斯托克斯激光输出。采用Nd:YAG与Cr4+:YAG键合设计来降低腔内的损耗，并使激光系统更紧凑，从而提升腔内光子功率密度，有利于拉曼频移向高阶斯托克斯激光转换。设计不同频移的一阶斯托克斯激光对应在不同腔内振荡，利用与基频光模式匹配的差异来抑制687 cm−1频移的一阶斯托克斯激光，最终获得较纯的271 cm−1频移的五阶斯托克斯激光输出。在泵浦功率8.1 W下，获得了平均输出功率230 mW的1244 nm波长激光，对应的脉冲宽度和重复频率分别为2.9 ns和11.7 kHz。1 244 nm波段的激光正好与水中OH−1吸收峰对应，在地表植被和行星水含量的检测等领域有重要的应用。
报道了端面泵浦被动调Q激光驱动RbTiOPO4晶体拉曼实现271 cm−1频移高阶斯托克斯激光输出。采用Nd:YAG与Cr4+:YAG键合设计来降低腔内的损耗，并使激光系统更紧凑，从而提升腔内光子功率密度，有利于拉曼频移向高阶斯托克斯激光转换。设计不同频移的一阶斯托克斯激光对应在不同腔内振荡，利用与基频光模式匹配的差异来抑制687 cm−1频移的一阶斯托克斯激光，最终获得较纯的271 cm−1频移的五阶斯托克斯激光输出。在泵浦功率8.1 W下，获得了平均输出功率230 mW的1244 nm波长激光，对应的脉冲宽度和重复频率分别为2.9 ns和11.7 kHz。1 244 nm波段的激光正好与水中OH−1吸收峰对应，在地表植被和行星水含量的检测等领域有重要的应用。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202436.230316
摘要:
构建了硅掺杂辉光放电聚合物（Si-GDP）模型，采用反应力场分子动力学模拟（ReaxFF MD）探讨了硅含量、碳氢比及密度对其杂化碳键合与力学性能的影响。研究结果表明：随着硅含量增加，聚合物中sp3C含量增加，趋向于形成一个大分子，同时小分子种类和数目减少，促进了碳硅原子成键并抑制端基CH3生成，进而提高材料力学性能；随着氢含量的增加，sp3C和端基CH3比例增加，生成的端基CH3降低了分子间交联程度，进而降低了材料力学性能，而分子基团数目变化不明显；随着密度的提升，聚合物中sp2C比例提升明显，sp3C比例有少量提升，分子基团数目变化不大，密度主要通过提升sp2C比例提升材料力学性能。研究结果为评估和理解硅掺杂辉光放电聚合物的结构和力学性能提供了新的视角和方法。
构建了硅掺杂辉光放电聚合物（Si-GDP）模型，采用反应力场分子动力学模拟（ReaxFF MD）探讨了硅含量、碳氢比及密度对其杂化碳键合与力学性能的影响。研究结果表明：随着硅含量增加，聚合物中sp3C含量增加，趋向于形成一个大分子，同时小分子种类和数目减少，促进了碳硅原子成键并抑制端基CH3生成，进而提高材料力学性能；随着氢含量的增加，sp3C和端基CH3比例增加，生成的端基CH3降低了分子间交联程度，进而降低了材料力学性能，而分子基团数目变化不明显；随着密度的提升，聚合物中sp2C比例提升明显，sp3C比例有少量提升，分子基团数目变化不大，密度主要通过提升sp2C比例提升材料力学性能。研究结果为评估和理解硅掺杂辉光放电聚合物的结构和力学性能提供了新的视角和方法。
