可变储能电容的高压脉冲调制单元及含其的激光器的制作方法

1.本发明属于高压脉冲领域，具体涉及一种可变储能电容的高压脉冲调制单元及含其的激光器。


背景技术：

2.高压脉冲调制单元是横向激励大气压脉冲co2激光器的重要组成部分，其通过控制高压放电的能量注入以及放电波形，进一步实现对激光器泵浦过程以及输出能量的控制。
3.典型的高压脉冲放电原理示意图如图1所示，虚线框部分即为高压脉冲调制单元。
4.其中c为储能电容，r为旁路电阻，s为高压开关。s断开时，通过高压输入端给储能电容c充电，充电完成后，右侧电极两端电压可忽略。s导通时，c的输入端接地，其两端电压被反转，使右侧电极两端产生一个瞬间的负高压，电极间完成一次脉冲放电，总注入能量约为c为储能电容容值，u为放电电压。单次脉冲放电使注入能量按照效率η转换为激光能量输出e
laser
＝eη。
5.现有技术中，由于更换储能电容c不够方便，通常利用调节放电电压u实现对输出激光能量e
laser
的控制，该方案存在如下的技术限制：
6.实现电极间辉光放电，对应一合适的电压区间(u
min
，u
max
)，在放电电压u小于u
min
时，极间无法达到击穿电压，预电离效果也受到影响。放电电压过高u＞u
max
时，极间易形成点对点的放电通道，无法形成大面积均匀放电。因此，仅通过改变放电电压，激光的输出能量调节区间有限，且放电稳定性亦可能下降。
7.另一方面，由于注入能量与放电电压的平方成正比，放电电压的收益不如储能电容容值的线型收益更为直观，并不易实现对输出激光能量的精确控制。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种可变储能电容的高压脉冲调制单元及含其的激光器，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
9.为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种可变储能电容的高压脉冲调制单元，包括：
10.呈环状排布的储能电容组；储能电容组包括m个第一电容和n个第二电容；m个第一电容和n个第二电容的输出端均接在一起；m个第一电容和n个第二电容的输入端均延伸出各自的导电体；储能电容组中心设有固定端子，固定端子上设有n个可旋转的导电指针，导电指针旋转过程中触碰不同的导电体，输出不同的电容；
11.其中，m和n均为大于或等于0的自然数，n为大于0的自然数。
12.作为本发明的另一个方面，还提供了一种激光器，内含有如上所述的高压脉冲调制单元。
13.基于上述技术方案可知，本发明的可变储能电容的高压脉冲调制单元及含其的激光器相对于现有技术至少具有以下优势之一：
14.本发明通过旋转指针和电容输入端连线的环形布局，实现了基于可调储能电容的可变高压脉冲调制单元。
15.1、在理想辉光放电电压区间内，因此通过旋转指针改变储能电容总容值，可达到输出激光能量在更大范围内快速调节的效果，并兼顾了放电稳定性。
16.2、根据总注入能量相比改变放电电压，通过控制储能电容容值更易获得成线性关系的激光能量输出，其收益更加直观。
17.3、以2指针的布局方案为例，储能电容容值可实现(m 1)(n 1)种容值组合，粗调 微调的搭配组合，有望使输出激光能量控制更加精确。
附图说明
18.图1为高压脉冲放电原理示意图；
19.图2为本发明实施例中储能电容组立体布局示意图；
20.图3为本发明实施例中储能电容组输入端连接示意图。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
22.本发明公开了一种可变储能电容的高压脉冲调制单元，包括呈环状排布的储能电容组；储能电容组包括m个第一电容和n个第二电容；m个第一电容和n个第二电容的输出端均接在一起；m个第一电容和n个第二电容的输入端均延伸出各自的导电体；储能电容组中心设有固定端子，固定端子上设有n个可旋转的导电指针，导电指针旋转过程中触碰不同的导电体，输出不同的电容；
23.其中，m和n均为大于或等于0的自然数，n为大于0的自然数。
24.在本发明的一些实施例中，m个第一电容和n个第二电容的输入端处于同一平面上。
25.在本发明的一些实施例中，m个第一电容和n个第二电容各自的导电体形成环形导电体阵列。
26.在本发明的一些实施例中，m个第一电容和n个第二电容各自的导电体与导电指针接触的一端设置在同一平面上。
27.在本发明的一些实施例中，所述高压脉冲调制单元输出的电容为导电指针在旋转过程中触碰的若干导电体的电容之和。
28.在本发明的一些实施例中，n个所述导电指针旋转方向相同或不同。
29.在本发明的一些实施例中，所述导电指针至少有两个。
30.本发明还公开了一种激光器，内含有如上所述的高压脉冲调制单元。
31.以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
32.本实施例提供了一种基于可调储能电容的可变高压脉冲调制单元，其中，储能电容组采用圆柱立体环状布局，如图2。
33.储能电容组包括m个第一电容和n个第二电容，m个第一电容和n个第二电容的输出端接在一起，输入端基本处于同一平面。储能电容组的俯视布局示意图如图3所示，m个第一电容分别标记为a1，a2，...，am，以及n个第二电容分别标记b1，b2，...，bn，并从每只电容输入端触点延伸出导电体，如图3环状箭头路径所示，导电体分别标记为a1，a2，...，am以及b1，b2，...，bn。高压输入固定端子c，固定端子c下方连接有可旋转的第一导电指针i和第二导电指针ii。
34.第一导电指针i从a1逐渐旋转至am时，沿途触碰环形导电体，并使相应的电容输入端相连。若第一导电指针i旋转至a
x
位置，通过第一导电指针ii相连的总电容；
35.ca＝a1 a2 ... a
x
；
36.同理，第二导电指针ii从b1逐渐旋转至bn时，也会使途径的电容输入端相连。若第二导电指针ii旋转至by位置，通过第一导电指针i相连的总电容：
37.cb＝b1 b2 ... by；
38.输入端的总电容为：
39.c
′
＝a1 a2 ... a
x
b1 b2 ... by。
40.因此通过快速旋转指针的角度(包括指向空白处)，可灵活调节总储能电容的大小，并具有m n种档位，可实现a组中0～m个电容与b组中0～n个电容并联的不同搭配组合，具有最多为(m 1)(n 1)种不同容值。
41.此外，上述电容组输入端连接布局并不局限于2根导电指针实现不同的电容连接组合，亦可以根据使用需求及绝缘距离灵活增减指针数和改变电容数量、容值等。
42.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。