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激光触发真空开关(Laser Triggered Vacuum Switch,LTVS)作为一种先进的高压强流脉冲开关,具有介质恢复速度快、工作电压范围宽、触发时延和抖动短、可实现电气隔离和重频触发的优点。为改进LTVS的触发性能,减少激光触发能量阀值,提高耐烧蚀能力及延长工作寿命,本文设计了一种长间隙的多棒极型激光触发真空开关(Multirod Laser Triggered Vacuum Switch,MLTVS),阐述了激光触发系统和开关结构的设计,测试了其工作特性,并探索了开关的触发机理。首先,介绍了LTVS设计的理论基础,包括真空击穿机理及影响因素、真空电弧的一般特性和激光触发机理。基于理论研究,触发源选取具有良好物理-化学特性的固体Nd:YAG激光器,开关主电极选取由铜铬合金制成的梯形多棒电极结构,绝缘外壳选择玻璃,靶电极采用了氯化钾和钛粉混合制成的圆锥型结构并置于阴极平台中央。由此完成了对MLTVS的设计并实现了激光器的小型化。其次,搭建光学实验平台和测试回路,测试了MLTVS在长波长1064 nm下的工作性能:延时时间最低可达17 ns,抖动时延可达几个纳秒;激光触发能量阀值为0.4mJ;工作电压范围为30 V~20 kV;单个靶电极焦斑的触发工作寿命为18000次。实验发现开关工作在正极性模式下,由于主要的载流子为电子更有利于形成阴极斑点,降低时延,提高触发成功率;增加激光触发能量可降低延迟和抖动时间;各个电压下的延迟和抖动时间差值较小。最后,为探究开关的触发机理,实验研究了焦斑能量密度、离焦、焦斑功率密度和偏振特性等对开关工作性能的影响并探测了开关的脉冲电弧和激光诱导击穿光谱,分析实验现象认为开关的导通触发是热离子发射和激光烧蚀机理共同作用的结果。随后测试了MLTVS的触发寿命并观察了不同触发次数下靶电极焦斑上残留元素的含量变化,进一步探讨了LTVS的触发导通机理。随触发次数的增加,焦斑上残留的KCl含量不断降低最终趋于0,而钛粉含量则不断增加,认为开关触发导通的初始等离子体主要来源于KCl。考虑到KCl基本不吸收1064 nm的激光脉冲,认为可能是钛粉吸收了激光脉冲的光能将其转换成了热能,热能从钛粉传递给了KCl,最终使KCl蒸发电离,产生初始等离子体,导致开关导通。