里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置，包括供電模塊與開關(guān)模塊、開關(guān)模塊與負載電路分別連結(jié)。供電模塊包括直流穩(wěn)壓電源和R1C1濾波電路、并由I號電源向直流穩(wěn)壓電源供電；開關(guān)模塊包括快速高壓脈沖開關(guān)和外部觸發(fā)信號源、并由II號電源向快速高壓脈沖開關(guān)供電；輸出負載電路由阻尼電阻R2、放電電阻R3和測試電容C2組成。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定性好，具有上升沿快、頻率及占空比可調(diào)制。在激光電離光譜學、激光質(zhì)譜技術(shù)等領(lǐng)域，可以為里德堡態(tài)場致電離過程提供納秒級上升沿的脈沖場，從而使里德堡態(tài)場致電離過程達到較高的電離率。
【專利說明】里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于一種高壓脈沖產(chǎn)生裝置，具體涉及一種里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光電離光譜學、激光質(zhì)譜技術(shù)等領(lǐng)域，其核心是激光與粒子的共振作用，并使其轉(zhuǎn)化為離子。對于有些原子來說，其他激光共振電離方式難以達到較高的電離率，而里德堡態(tài)場致電離則是其得到高電離率的有效途徑。例如堿金屬原子，其自電離態(tài)難以利用，通過連續(xù)態(tài)電離的截面極小，所以里德堡態(tài)場致電離是其激光共振電離中一種最為有效的方式。
[0003]里德堡態(tài)場致電離是指利用激光將粒子共振激發(fā)到里德堡態(tài)上，并利用外加電場實現(xiàn)里德堡態(tài)的電離。這一過程中，外場電壓需要大于一定的閾值，大于這一電壓才能發(fā)生有效的場致電離。同時，外加電場須為脈沖形式，以避免外加電場對于激光共振激發(fā)的干擾，脈沖頻率需要與激光脈沖頻率相同。另外，外加電場的上升沿需要盡可能的小，以降低粒子從里德堡態(tài)退激發(fā)的比例。相關(guān)實驗中測量得到的原子里德堡態(tài)的退激發(fā)弛豫時間小于100ns,這就要求外加電場的上升沿需要遠小于100ns, —般需要控制在IOns左右。
[0004]對于某一粒子的里德堡態(tài)場致電離過程，需要產(chǎn)生一個一定頻率的脈沖電場，該高壓脈沖應(yīng)滿足以下三個主要的技術(shù)參數(shù):(i) O到6KV連續(xù)可調(diào)的脈沖電壓。(ii)脈沖的上升邊沿小于10ns。(iii)脈沖的頻率為ΙΟΚΗζ。
[0005]目前，現(xiàn)有技術(shù)的高壓電源很難實現(xiàn)在6kV輸出時上升沿在IOns左右。因此，需要研制一套滿足實驗需要的高壓脈沖產(chǎn)生裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點而提出的，其目的是提供一種里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案是:一種里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置，包括供電模塊、開關(guān)模塊和負載電路，所述的供電模塊與開關(guān)模塊、開關(guān)模塊與負載電路分別通過高壓傳輸線連結(jié)。所述的供電模塊包括直流穩(wěn)壓電源和R1C1濾波電路、并由I號電源通過低壓傳輸線向直流穩(wěn)壓電源供電；所述的開關(guān)模塊包括快速高壓脈沖開關(guān)和外部觸發(fā)信號源、并由II號電源通過低壓傳輸線向快速高壓脈沖開關(guān)供電。所述的輸出負載電路由阻尼電阻R2、放電電阻R3和測試電容C2組成，阻尼電阻R2和放電電阻R3的一端分別與快速高壓脈沖開關(guān)連結(jié)，阻尼電阻R2的另一端和測試電容C2 —端分別與輸出負載連結(jié)，放電電阻R3的另一端和測試電容C2的另一端分別接地。
[0008]所述的供電模塊向開關(guān)模塊提供0-6KV連續(xù)可調(diào)的直流電壓、額定輸出電流IOmA0
[0009]所述的外部觸發(fā)信號源的觸發(fā)信號為IOKHz的TTL信號。[0010]本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定性好，具有上升沿快、頻率及占空比可調(diào)制。在激光電離光譜學、激光質(zhì)譜技術(shù)等領(lǐng)域，本實用新型可以為里德堡態(tài)場致電離過程提供納秒級上升沿的脈沖場，從而使里德堡態(tài)場致電離過程達到較高的電離率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置的電路圖。
[0012]其中:
[0013]I供電模塊2開關(guān)模塊
[0014]3輸出負載電路4直流穩(wěn)壓電源
[0015]5 I號電源6快速高壓脈沖開關(guān)
[0016]7外部觸發(fā)信號源 8 II號電源。
【具體實施方式】
[0017]以下，參照附圖和實施例對本實用新型的里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置進行詳細說明:
[0018]如圖1所示，一種里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置，包括供電1?塊1、開關(guān)1?塊2和負載電路3,供電|旲塊1、開關(guān)|旲塊2和負載電路3分別通過聞壓傳輸線連結(jié)。
[0019]其中，供電模塊I包括直流穩(wěn)壓電源4和R1C1濾波電路，并由I號電源5通過低壓傳輸線向直流穩(wěn)壓電源4提供24V的供電。供電模塊I向開關(guān)模塊2可提供0-6KV連續(xù)可調(diào)的直流電壓、額定輸出電流10mA。R1C1濾波電路有效濾除直流穩(wěn)壓源輸出中的交流部分。
[0020]其中，開關(guān)模塊2包括快速高壓脈沖開關(guān)6和外部觸發(fā)信號源7，并由II號電源8通過低壓傳輸線向快速高壓脈沖開關(guān)6提供5V的供電?？焖俑邏好}沖開關(guān)6正常工作的電壓區(qū)間為0-10KV，頻率區(qū)間為0-22KHZ，開關(guān)時間為5ns，受外部觸發(fā)信號控制進行開關(guān)工作。外部觸發(fā)信號源7的觸發(fā)信號為IOKHz的TTL (晶體管-晶體管邏輯)信號，由DG535(四通道數(shù)字延遲/脈沖發(fā)生器，STANFORD RESEARCH SYSTEMS, INC)發(fā)生?？焖俑邏好}沖開關(guān)6通過標準BNC 口接受外部觸發(fā)信號，與高壓電路不共地、不交疊，有效避免觸發(fā)信號受聞壓電路影響。開關(guān)1旲塊2上升邊沿為2ns,占空比為5%。
[0021]快速高壓脈沖開關(guān)6選用BEHLKE公司的模塊化產(chǎn)品HTS系列的快速高壓脈沖開關(guān)。
[0022]其中，輸出負載電路3由阻尼電阻R2、放電電阻R3和測試電容C2組成，測試C2是容值為Ipf的平行板電容，用作模擬Li (鋰)原子場致電離實驗中產(chǎn)生強電場的一對極片的負載特性。放電電阻R3在一些不同的阻值下進行分組的控制變量實驗。阻尼電阻R2起到防止瞬時充電電流過大和吸收電壓過沖峰的作用，在不同的阻值下進行分組的控制變量實驗。在高壓脈沖開關(guān)開啟和關(guān)斷的狀態(tài)下，輸出負載電路3呈現(xiàn)出充電與放電兩種不同的功能回路。在充電回路中，放電電阻R3作為電路的主要負載起到抬高充電電壓的作用，阻尼電阻R2緊鄰測試電容C2有效抑制過沖和震蕩。在放電回路中，阻尼電阻R2和放電電阻R3 —起吸收測試電容C2中的電量并釋放至地。[0023]本實用新型還積累了大量實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)并驗證了多項規(guī)律，包括不同電壓下輸出的高壓脈沖的特性參數(shù)隨阻尼電阻改變而變化的規(guī)律、不同傳輸距離下高壓脈沖的特性參數(shù)的變化規(guī)律等，從而可以對納秒級高壓脈沖電源的定制和調(diào)節(jié)進行設(shè)計。
【權(quán)利要求】
1.一種里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置，包括供電模塊(I)、開關(guān)模塊(2)和負載電路(3)，其特征在于:所述的供電模塊(I)與開關(guān)模塊(2)連結(jié)、開關(guān)模塊(2 )與負載電路(3 )連結(jié)，所述的供電模塊(I)包括直流穩(wěn)壓電源(4 )和R1C1濾波電路、并由I號電源(5)向直流穩(wěn)壓電源(4)供電；所述的開關(guān)模塊(2)包括快速高壓脈沖開關(guān)(6)和外部觸發(fā)信號源(7)、并由II號電源(8)向快速高壓脈沖開關(guān)(6)供電；所述的輸出負載電路(3)由阻尼電阻R2、放電電阻R3和測試電容C2組成，阻尼電阻R2和放電電阻R3的一端分別與快速高壓脈沖開關(guān)(6)連結(jié)，阻尼電阻R2的另一端和測試電容C2 —端分別與輸出負載連結(jié)，放電電阻R3的另一端和測試電容C2的另一端分別接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于:所述的供電模塊(I)向開關(guān)模塊(2)提供連續(xù)可調(diào)的直流電壓為0-6kV、額定輸出電流為10mA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的里德堡態(tài)場致電離實驗中納秒級上升沿高壓脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于:所述的外部觸發(fā)信號源(7)的觸發(fā)信號為IOkHz的TTL信號。
【文檔編號】H03K3/02GK203574619SQ201320722614
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】梁碩熙, 王亮, 柴俊杰, 劉濤, 金策, 談小虎 申請人:核工業(yè)理化工程研究院