CN100442612C - 纵向流气体放电体系的复电极结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种流动气体放电的电极结构，具体地说是纵向流气体放电体系的复电极结构，包括阳极、石英管、双阴极，阳极为柱状空腔结构，通过密封套与石英管相连，双阴极为两个分别放置，第一阴极为环状空腔结构，同样通过密封套与石英管相连，阳极和石英管，石英管和第一阴极组成密封结构，第二阴极是螺旋盘管结构，垂直放置在第一阴极外侧气流下游过渡段位置。本发明通过采用双阴极结构，得到了很好的放电稳定性，注入功率明显提高；对于基于活性粒子的放电引发的化学激光来说，活性粒子产量得到了很大提高，双阴极结构提高了活性粒子的利用效率。

Description

纵向流气体放电体系的复电极结构

技术领域

本发明涉及一种流动气体放电的电极结构，来提高气流放电的稳定性，加强气流间的混合。通过这种电极结构的气流，不但提高了活性粒子的浓度，提高了放电的稳定性，而且提高了活性粒子的利用效率，从而推动了流动气体放电的发展。

背景技术

氧碘化学激光器发展已有二十年的历史，也具有一定的规模。由于氧发生器为气液反应，使得氧碘化学激光器的体积比功率很难提高，为此，缩减氧碘激光器的体积和重量都受到限制。1990年Bower和Yang报道观察到NCl(a¹Δ)+I的传能，引起了世界人们的极大关注。由NCl(a¹Δ)泵浦I原子的全气相化学激光器能否产生和放大以及该体系的相关动力学的研究近几年也广泛展开。

自1990年Bower和Yang报道观察到NCl(a¹Δ)+I的传能以来，对亚稳态粒子NCl(a¹Δ)猝灭及传能动力学的研究成为热点。93-95年间，Denver大学的Coombe等人用193nm激光光解ClN₃及CH₂I₂/ClN₃的体系，并研究了诸多粒子对NCl(a)的猝灭动力学。在1995年Ray和Coombe报道了NCl(a)泵浦的碘原子化学激光器，它是光引发，非流动的；用探头记录到激光的输出波形，并没有测量激光的输出功率。

1999年西部光电子会议上，美国空军武器实验室报告了“NCl(a)/I体系测量1.315m小信号增益”，是用直流放电(2KW)F₂∶He＝1∶4来产生F，加入DCl和HI进行置换反应产生Cl和I，测得1.315m小信号增益为0.02％cm^-1。作者分析了增益如此低的原因是受F粒子数密度的限制，因为F₂流量小于0.75mmol/s，直流放电才更高效。同时也提出下步工作目标是提高F粒子数密度。2000年首次报道了流动的NCl(a)/I体系的出光装置AGIL I，出光功率达到180mW。2003年和2004年分别报道了扩大和改进的AGIL II出光功率达到15W和31W。

以上研究的AGIL I和AGIL II都是由直流放电产生氟原子，间接产生氯原子，来实现激发态碘原子出光的。因此要想提高F/DCl/HI/HN3全气相碘激光系统的小信号增益和输出功率，必须要提高F原子的产量，因为氟原子的多少直接影响和限制该体系的效率。上述报道虽然都提及直流放电产生氟原子，但没有提到直流放电的放电模式和电极结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种流动气体直流放电的电极结构。通过该种电极结构，实现流动气体直流放电的稳定、注入功率的高效和活性粒子的高利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

纵向流气体放电体系的复电极结构，包括阳极、石英管、双阴极，阳极为柱状空腔结构，通过密封套与石英管相连，双阴极为两个分别放置，第一阴极为环状空腔结构，同样通过密封套与石英管相连，阳极和石英管，石英管和第一阴极组成密封结构，第二阴极是螺旋盘管结构，垂直放置在第一阴极外侧气流下游过渡段位置，气体从一个阴极环的中心流出，碰撞并穿过另一个阴极。

所述阳极、第一阴极和第二阴极均为金属材料加工而成，它们内部均采用循环水冷却，其上分别设置有循环水的进出口；石英管为放电等离子管，为双层结构，其上设置有循环水的进出口，内部水循环冷却，在石英管靠近阳极端的侧壁上设置有流动气体的进气孔，其中上还设置有测压孔。

本发明的有益效果是：

1、气流放电的高稳定性。本发明为一种流动气体放电的电极结构，通过采用双阴极结构，得到了很好的放电稳定性，气流间的均匀混合，注入功率明显提高。

2、提高了活性粒子产量。本发明对于基于活性粒子的放电引发的化学激光来说，活性粒子产量得到了很大提高，提高了活性粒子的浓度。

3、提高了活性粒子的利用效率。本发明对于基于活性粒子的放电引发的化学激光来说，双阴极结构提高了活性粒子的利用效率。

附图说明

图1a为本发明的结构示意图；

图1b为图1a的俯视图；

图2a为本发明的具体实施结构示意图；

图2b为图1a的俯视图；

图3为本发明实施例注入功率曲线。

具体实施方式

本发明系统包括循环冷却的柱状阳极，放电石英管，循环冷却的双阴极，电极(包括阳极、第一阴极和第二阴极)选用导电和导热良好的金属材料，采用制冷方式减少电极的损耗。由于是纵向流动，第一阴极两端要有进气孔和出气孔。高压端的阳极是柱状结构，内部循环冷却，侧面进气；接地的公共阴极为双阴极结构，双阴极为两个分别放置，两个阴极之间分开一定的距离放置，一个为环状结构，放置在放电石英管的端口，气体从环的中心流出，另一个为旋转的螺旋结构，放置在环状阴极出口气流下游副气流加入的位置，主气流垂直穿过螺旋，双阴极的内部循环冷却。

实施例1

请参阅图1所示，发明装置由阳极、石英放电管、双阴极结构组成。阳极1为圆柱空腔结构，内部循环水冷却，通过一有机玻璃密封套与石英管2相连，第一阴极3为环状空腔结构，内部循环冷却，同样通过有机玻璃密封套与石英管2相连，第二阴极4是螺旋盘管结构，垂直放置在气流下游过渡段位置，内部循环冷却。5是流动气体的进气孔，气体流过放电管，由阴极3的环中心流出，碰撞流经阴极4，增加扰动，加强混合。

上述电极结构可应用于流动气体稳定放电、增加活性粒子产生浓度和提高活性粒子的利用效率。

实施例2

下面以F/DCl/HI/HN3全气相碘激光系统的应用为例以说明本发明电极结构的使用方法。

申请人利用本发明即混合反应气流放电体系的电极结构来产生活性粒子氟原子，并且首次将该发明应用于F/DCl/HI/HN3全气相碘激光体系，研究了气体的放电特性和注入功率情况。

请参阅图2所示，由于F/DCl/HI/HN3全气相碘激光体系是四股气流的混合反应，产生激发态的碘原子，才有可能进行增益测量和出光演示。本实施例采用本发明即混合反应气流放电体系的电极结构对NF3/He的混合气体进行直流放电，产生活性粒子氟原子，携带氟原子的主气流流过第一阴极3，第二阴极4，在第二阴极4的位置，上下有两排直径为0.5mm第一小孔6，DCl/He混合气体从第一小孔6喷入主气流，主副气流进行混合反应，置换出氯原子。继续向下游流动，与从第二小孔7喷入的HI/He反应置换出碘原子，与从第三小孔8喷入的HN3/He反应生成NCl(a)，I(²P_1/2)，NCl(b)等，9为测试窗口，可以通过测试窗口测量激发态碘原子I(²P_1/2)的荧光辐射和小信号增益系数，真空系统是由真空泵10来保障的。

F/DCl/HI/HN3全气相碘激光体系的反应机理为，

氯原子的产生

F+DCl→DF+Cl                       (1)

NCl(a¹Δ)的产生

Cl+HN₃→HCl+N₃                     (2)

Cl+N₃→NCl(X³∑，a¹Δ，b¹∑)+N₂    (3)

碘原子的产生

Cl+HI→HCl+I                       (4)

激发态碘原子的产生

NCl(a¹Δ)+I→I(²P_1/2)+NCl(X³∑)        (5)

输出激光

I(²P_1/2)+hv→I(²P_3/2)+2hv              (6)

图3为本发明实施例在不同NF3和He流量的混合气体，在单电极和复电极两种情况下，直流放电的注入功率曲线。可以看到，在小的氦气流量的情况下，复电极放电的注入功率明显高于单电极放电的注入功率，而且放电稳定。在较大氦气流量的情况下，他们的注入功率基本一样，但是放电要稳定的多。

Claims (5)

1.纵向流气体放电体系的复电极结构，其特征在于：包括阳极、石英管、双阴极，阳极(1)为柱状空腔结构，通过密封套与石英管(2)相连，双阴极为两个分别放置的第一阴极(3)和第二阴极(4)，第一阴极(3)为环状空腔结构，同样通过密封套与石英管(2)相连，阳极(1)和石英管(2)，石英管(2)和第一阴极组成密封结构，第二阴极(4)是螺旋盘管结构，放置在第一阴极(3)出口气流下游副气流加入的位置，主气流垂直穿过螺旋。

2.按照权利要求1所述纵向流气体放电体系的复电极结构，其特征在于：所述石英管(2)为放电等离子管；阳极(1)、第一阴极(3)和第二阴极(4)均为金属材料加工而成。

3.按照权利要求1所述纵向流气体放电体系的复电极结构，其特征在于：所述阳极(1)、第一阴极(3)和第二阴极(4)内部均采用循环水冷却，其上分别设置有循环水的进出口。

4.按照权利要求1所述纵向流气体放电体系的复电极结构，其特征在于：所述石英管(2)为双层结构，其上设置有循环水的进出口，内部水循环冷却，在石英管(2)靠近阳极(1)端的侧壁上设置有流动气体的进气孔(5)。

5.按照权利要求1所述纵向流气体放电体系的复电极结构，其特征在于：所述石英管(2)上设置有测压孔。

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