氙闪光灯光电性能评价

    引言

    随着激光技术的不断发展,固体激光器的品种越来越多。由于所用工作物质吸收带波长与宽度不同,对于泵浦光源——氙闪光灯的要求不尽相同。近年来新材料、新工艺的不断采用,特别是以钪酸盐阴极和石英钨高温扩散封接为代表的高效率、长寿命和高可靠性氙闪光灯的问世,已使固体激光器动态效率达到3%以上,寿命达到1×107次,重复率达到200Hz以上。

    现代测试技术的不断发展与完善为氙闪光灯特点的研究提供了可靠手段。根据作者多年从事氙闪光灯研制工作的体会,对氙闪光灯光电特性评价的模型和测试方法论述如下。

    1　氙闪光灯主要电学特性

    氙闪光灯主要电学特性有:电阻系数、爆炸能量常数、最大峰值电流、最大平均功率、着火电压等等。这些参数对于用户设计电路参数,选择氙灯工作点是非常重要的。

    1.1　电阻系数

    氙闪光灯在放电过程中,其伏安特性如图1所示是非线性变化,根据经验公式(1),可估算出氙灯理论上的电阻系数K0。

    式中:K0——电阻系数8·A1/2;

    P——氙闪光灯充气压,torr;

    l——氙闪光灯弧长,mm;

    d——氙闪光灯内径,mm。

    K0是由氙闪光灯的几何尺寸、充气种类和压强所决定的常数,实际上阴极发射性能对K0也有影响。于一只给定的氙闪光灯在类稳放电过程中K0值如图2所示基本是固定的。因此,规定对应于峰值电流Ip的K0为氙闪光灯的电阻系数。在整个脉冲持续时间内可以通过测量灯管电压、管流波形,由公式(2)计算出氙闪光灯实际电阻系数K0。测试电路如图3所示。

K0=U/I1/2p(2)

    式中:U——对应峰值电流的氙闪光灯管压,V;

    Ip——峰值电流,A。

    1.2　爆炸能量常数

    当氙闪光灯负载能量超过某极限时,单次闪光氙灯会出现一系列超负载现象,如:电极大量溅射,电极氧化,管壁出现裂纹或爆炸等。通过经验公式(3)可以估算出理论上的爆炸能量常数Ke。

Ke=Q×L×d(3)

    式中:Ke——爆炸能量常数,w·s1/2;

    L——弧长,cm;

    d——内径,cm;

    Q——石英系数。

    当d≤8mm时,Q=24600;

    d=10～12mm,Q=21000;

    d≥13mm,Q=20000。

    根据出现超负载时氙闪光灯输入能量Ex和放电持续时间T按经验公式(4)可以计算出氙闪光灯的实际爆炸能量常数Ke: