專利名稱：縱向流氣體放電體系的復電極結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流動氣體放電的電極結構，來提高氣流放電的穩定性，加強氣流間的混合。通過這種電極結構的氣流，不但提高了活性粒子的濃度，提高了放電的穩定性，而且提高了活性粒子的利用效率，從而推動了流動氣體放電的發展。
背景技術：
氧碘化學激光器發展已有二十年的歷史，也具有一定的規模。由于氧發生器為氣液反應，使得氧碘化學激光器的體積比功率很難提高，為此，縮減氧碘激光器的體積和重量都受到限制。1990年Bower和Yang報道觀察到NCl(a1Δ)+I的傳能，引起了世界人們的極大關注。由NCl(a1Δ)泵浦I原子的全氣相化學激光器能否產生和放大以及該體系的相關動力學的研究近幾年也廣泛展開。
自1990年Bower和Yang報道觀察到NCl(a1Δ)+I的傳能以來，對亞穩態粒子NCl(a1Δ)猝滅及傳能動力學的研究成為熱點。93-95年間，Denver大學的Coombe等人用193nm激光光解ClN3及CH2I2/ClN3的體系，并研究了諸多粒子對NCl(a)的猝滅動力學。在1995年Ray和Coombe報道了NCl(a)泵浦的碘原子化學激光器，它是光引發，非流動的；用探頭記錄到激光的輸出波形，并沒有測量激光的輸出功率。
1999年西部光電子會議上，美國空軍武器實驗室報告了“NCl(a)/I體系測量1.315m小信號增益”，是用直流放電(2KW)F2∶He＝1∶4來產生F，加入DCl和HI進行置換反應產生Cl和I，測得1.315m小信號增益為0.02％cm-1。作者分析了增益如此低的原因是受F粒子數密度的限制，因為F2流量小于0.75mmol/s，直流放電才更高效。同時也提出下步工作目標是提高F粒子數密度。2000年首次報道了流動的NCl(a)/I體系的出光裝置AGIL I，出光功率達到180mW。2003年和2004年分別報道了擴大和改進的AGIL II出光功率達到15W和31W。
以上研究的AGIL I和AGIL II都是由直流放電產生氟原子，間接產生氯原子，來實現激發態碘原子出光的。因此要想提高F/DCl/HI/HN3全氣相碘激光系統的小信號增益和輸出功率，必須要提高F原子的產量，因為氟原子的多少直接影響和限制該體系的效率。上述報道雖然都提及直流放電產生氟原子，但沒有提到直流放電的放電模式和電極結構。
發明內容
本發明的目的是提供一種流動氣體直流放電的電極結構。通過該種電極結構，實現流動氣體直流放電的穩定、注入功率的高效和活性粒子的高利用率。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是縱向流氣體放電體系的復電極結構，包括陽極、石英管、雙陰極，陽極為柱狀空腔結構，通過密封套與石英管相連，雙陰極為兩個分別放置，第一陰極為環狀空腔結構，同樣通過密封套與石英管相連，陽極和石英管，石英管和第一陰極組成密封結構，第二陰極是螺旋盤管結構，垂直放置在第一陰極外側氣流下游過渡段位置，氣體從一個陰極環的中心流出，碰撞并穿過另一個陰極。
所述陽極、第一陰極和第二陰極均為金屬材料加工而成，它們內部均采用循環水冷卻，其上分別設置有循環水的進出口；石英管為放電等離子管，為雙層結構，其上設置有循環水的進出口，內部水循環冷卻，在石英管靠近陽極端的側壁上設置有流動氣體的進氣孔，其中上還設置有測壓孔。
本發明的有益效果是1、氣流放電的高穩定性。本發明為一種流動氣體放電的電極結構，通過采用雙陰極結構，得到了很好的放電穩定性，氣流間的均勻混合，注入功率明顯提高。
2、提高了活性粒子產量。本發明對于基于活性粒子的放電引發的化學激光來說，活性粒子產量得到了很大提高，提高了活性粒子的濃度。
3、提高了活性粒子的利用效率。本發明對于基于活性粒子的放電引發的化學激光來說，雙陰極結構提高了活性粒子的利用效率。
圖1a為本發明的結構示意圖；圖1b為圖1a的俯視圖；圖2a為本發明的具體實施結構示意圖；圖2b為圖1a的俯視圖；圖3為本發明實施例注入功率曲線。
具體實施例方式
本發明系統包括循環冷卻的柱狀陽極，放電石英管，循環冷卻的雙陰極，電極(包括陽極、第一陰極和第二陰極)選用導電和導熱良好的金屬材料，采用制冷方式減少電極的損耗。由于是縱向流動，第一陰極兩端要有進氣孔和出氣孔。高壓端的陽極是柱狀結構，內部循環冷卻，側面進氣；接地的公共陰極為雙陰極結構，雙陰極為兩個分別放置，兩個陰極之間分開一定的距離放置，一個為環狀結構，放置在放電石英管的端口，氣體從環的中心流出，另一個為旋轉的螺旋結構，放置在環狀陰極出口氣流下游副氣流加入的位置，主氣流垂直穿過螺旋，雙陰極的內部循環冷卻。
實施例1請參閱圖1所示，發明裝置由陽極、石英放電管、雙陰極結構組成。陽極1為圓柱空腔結構，內部循環水冷卻，通過一有機玻璃密封套與石英管2相連，第一陰極3為環狀空腔結構，內部循環冷卻，同樣通過有機玻璃密封套與石英管2相連，第二陰極4是螺旋盤管結構，垂直放置在氣流下游過渡段位置，內部循環冷卻。5是流動氣體的進氣孔，氣體流過放電管，由陰極3的環中心流出，碰撞流經陰極4，增加擾動，加強混合。
上述電極結構可應用于流動氣體穩定放電、增加活性粒子產生濃度和提高活性粒子的利用效率。
實施例2下面以F/DCl/HI/HN3全氣相碘激光系統的應用為例以說明本發明電極結構的使用方法。
申請人利用本發明即混合反應氣流放電體系的電極結構來產生活性粒子氟原子，并且首次將該發明應用于F/DCl/HI/HN3全氣相碘激光體系，研究了氣體的放電特性和注入功率情況。
請參閱圖2所示，由于F/DCl/HI/HN3全氣相碘激光體系是四股氣流的混合反應，產生激發態的碘原子，才有可能進行增益測量和出光演示。本實施例采用本發明即混合反應氣流放電體系的電極結構對NF3/He的混合氣體進行直流放電，產生活性粒子氟原子，攜帶氟原子的主氣流流過第一陰極3，第二陰極4，在第二陰極4的位置，上下有兩排直徑為0.5mm第一小孔6，DCl/He混合氣體從第一小孔6噴入主氣流，主副氣流進行混合反應，置換出氯原子。繼續向下游流動，與從第二小孔7噴入的HI/He反應置換出碘原子，與從第三小孔8噴入的HN3/He反應生成NCl(a)，I(2P1/2)，NCl(b)等，9為測試窗口，可以通過測試窗口測量激發態碘原子I(2P1/2)的熒光輻射和小信號增益系數，真空系統是由真空泵10來保障的。
F/DCl/HI/HN3全氣相碘激光體系的反應機理為，氯原子的產生F+DCl→DF+Cl (1)NCl(a1Δ)的產生Cl+HN3→HCl+N3(2)Cl+N3→NCl(X3∑，a1Δ，b1∑)+N2(3)碘原子的產生Cl+HI→HCl+I(4)
激發態碘原子的產生NCl(a1Δ)+I→I(2P1/2)+NCl(X3∑) (5)輸出激光I(2P1/2)+hv→I(2P3/2)+2hv (6)圖3為本發明實施例在不同NF3和He流量的混合氣體，在單電極和復電極兩種情況下，直流放電的注入功率曲線。可以看到，在小的氦氣流量的情況下，復電極放電的注入功率明顯高于單電極放電的注入功率，而且放電穩定。在較大氦氣流量的情況下，他們的注入功率基本一樣，但是放電要穩定的多。
權利要求
1.縱向流氣體放電體系的復電極結構，其特征在于包括陽極、石英管、雙陰極，陽極(1)為柱狀空腔結構，通過密封套與石英管(2)相連，雙陰極為兩個分別放置，第一陰極(3)為環狀空腔結構，同樣通過密封套與石英管(2)相連，陽極(1)和石英管(2)，石英管(2)和第一陰極組成密封結構，第二陰極(4)是螺旋盤管結構，垂直放置在第一陰極(3)外側氣流下游過渡段位置。
2.按照權利要求1所述縱向流氣體放電體系的復電極結構，其特征在于所述石英管(2)為放電等離子管；陽極(1)、第一陰極(3)和第二陰極(4)均為金屬材料加工而成。
3.按照權利要求1所述縱向流氣體放電體系的復電極結構，其特征在于所述陽極(1)、第一陰極(3)和第二陰極(4)內部均采用循環水冷卻，其上分別設置有循環水的進出口。
4.按照權利要求1所述縱向流氣體放電體系的復電極結構，其特征在于所述石英管(2)為雙層結構，其上設置有循環水的進出口，內部水循環冷卻，在石英管(2)靠近陽極(1)端的側壁上設置有流動氣體的進氣孔(5)。
5.按照權利要求1所述縱向流氣體放電體系的復電極結構，其特征在于所述石英管(2)上設置有測壓孔。
全文摘要
本發明是一種流動氣體放電的電極結構，具體地說是縱向流氣體放電體系的復電極結構，包括陽極、石英管、雙陰極，陽極為柱狀空腔結構，通過密封套與石英管相連，雙陰極為兩個分別放置，第一陰極為環狀空腔結構，同樣通過密封套與石英管相連，陽極和石英管，石英管和第一陰極組成密封結構，第二陰極是螺旋盤管結構，垂直放置在第一陰極外側氣流下游過渡段位置。本發明通過采用雙陰極結構，得到了很好的放電穩定性，注入功率明顯提高；對于基于活性粒子的放電引發的化學激光來說，活性粒子產量得到了很大提高，雙陰極結構提高了活性粒子的利用效率。
文檔編號H01S3/038GK101064409SQ20061004647
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月29日 優先權日2006年4月29日
發明者多麗萍, 金玉奇, 桑鳳亭, 唐書凱, 于海軍, 汪健 申請人:中國科學院大連化學物理研究所