0 引言

聚合物材料因具有优异的电学和力学性能而被广泛地应用于电力设备中。在由金属导体、聚合物材料和气体构成的电气系统中,当在导体上施加一定电压时,由于导体表面存在的微小毛刺或是聚合物材料内部有杂质,易在聚合物材料表面产生电荷积累,称为表面电荷^[1-2]。表面电荷的存在会对材料的绝缘性能产生重要影响,它不仅使自身周围的电场发生畸变,同时为沿面放电提供放电电荷以及放电通道,导致高压击穿^[3-4]。材料表面电荷的动态特性尤其是衰减特性,在一定程度上反映了介质材料表面电学性能的好坏,其变化会影响材料的极化、抗静电性能以及闪络性能^[5]。表面电荷的准确测量对于研究固体绝缘介质的老化和击穿、闪络特性有着极为重要的意义。

目前,用于表面电荷的测量方法主要包括粉尘图法、电光效应法和静电探头法等^[6-7]。粉尘图法的原理是利用某些带电的固体粉剂在静电荷作用下的吸附效应对表面电荷进行观测。该测量方法虽较直观,但不能进行定量测量,且是一次性的。光电效应法只适合测量一些聚合体材料,且只能对较薄的绝缘膜进行测量。静电探头法最早是由Koley等人在1967年提出并应用于聚合物电介质薄膜表面电荷的测量上^[8]。经过几十年的发展完善改进,目前已成为国际上较为普遍的方法。其主要采用电容分压和感应电荷原理,通过测量待测介质表面电压来获得表面电荷的分布。需要指出的是,测量条件如电极、施加电压、气体环境、湿度等均对测量有较大影响。如Serkan M等研究不同电源形式（直流、交流和脉冲）对环氧树脂的放电击穿场强,发现直流作用下的材料具有最高的击穿场强,交流次之^[9]。张贵新等研究了不同湿度环境对表面电荷消散的影响规律,发现随湿度增加,电荷沿表面消散速率及整体消散速率加快^[10]。因此,在对介质材料表面电荷测量时,系统研究外界条件对表面电荷的准确测量至关重要。

为了增强材料的绝缘特性,通过低温等离子体技术对材料表面改性,以加快其表面电荷的消散成为近年来的研究热点^[11-16]。低温等离子体工作条件温和,内部含有大量的高能电子及活性粒子,可以在改善材料表面电荷性能的同时不改变材料的体性质^[17-18]。Sharma研究小组利用低温等离子体沉积的方法加快表面电荷消散特性^[19]。他们利用等离子体电晕枪将丙烯酸粉末沉积在铝板上,喷涂后电荷衰减明显加速。Kumara小组研究电晕放电处理对表面电荷衰减的影响^[20],结果表明经电晕放电处理后表面电位的衰减速度明显快于未处理材料。然而电晕放电效率低,处理不均匀。中科院电工研究所邵涛团队采用介质阻挡放电等离子体(DBD)进行材料表面改性^[21-26],结果发现,等离子体处理后材料表面粗糙度增加,且二次电子发射系数降低,材料表面电荷消散速度明显加快。用于材料表面改性的方式包括微波、射频、DBD等,其中DBD是目前常用的低温等离子体材料表面改性方式。

本文采用自主搭建的针-板电极表面电位测试系统(基于静电探头法),研究了外界测量条件(施加电压幅值、充电时间、有无栅极网、相对湿度)对环氧树脂材料表面电位的衰减特性的影响,以期获得最佳测量条件。在此基础上,采用DBD处理环氧树脂材料表面,研究了不同等离子体处理时间对环氧树脂表面电荷衰减特性的影响。

1 实验装置和测量系统

本实验搭建的针-板电极表面电位测试系统基于静电探头法,测量原理见文献[27]。实验测量系统示意图如图1所示,该套系统主要包括：直流高压电源,运动控制盒,静电电压表,数据采集卡,探头等部件。其中,直流电源采用幅值为±10 kV的高压电源,高压电源连接放电针产生电晕放电,使材料表面带电。放电针为直径为1 mm的不锈钢针,针尖曲率半径为80 μm,实验时样品放置于地电极上(5 cm×5 cm×2 cm),地电极由铜箔构成。针尖距

图1 表面电位测试系统示意图 Fig.1 Schematic diagram of surface potential measurement system

离材料上表面距离为10 mm。运动控制盒用来控制材料在针尖与探头下方切换,利用Kelvin探头连接静电电压表(Trek347),静电电压表的量程为±3 kV,探头距材料表面2 mm。针尖中心距离探头中心203 mm。充电及测量均在有机玻璃腔中进行。在放电针与材料之间可放置一金属丝网作栅极,其面积稍大于样品面积,金属网连接另一高压电源,栅极网施压幅值为2 kV,并且栅极网可移除。实际测试中,可根据测试要求加入或撤去栅极网。采用温湿度表来记录测试时的温度和湿度。静电电压表的数据通过数据采集卡(USB5935)在电脑上显示并记录。

待处理材料为复合环氧树脂(5 cm×5 cm×2 mm),在实验之前,首先将待测材料通过去离子水-酒精-去离子水清洗,然后将材料放置于真空干燥箱内烘干24 h。测量过程为：将预处理的材料放置于地电极上,通过移动平台将材料移至针电极正下方,打开高压电源产生电晕放电使材料表面带电。当加压结束后,移动材料至探头正下方,可以实现对材料表面电位的测量。将样品从放电针平移到探头处所需时间为12 s,首个测量点位于针尖正下方位置。测量一个数据点所需时间为0.5 s,每组数据测量点为40 个,测量所需时间为40×0.5 s= 200 s。

采用的等离子装置为大气压下DBD等离子体,由脉冲电源激发(脉冲电压幅值0~40 kV,脉宽8 μs, 上升沿0.5 μs,频率0~5 kHz),电源信息见文献[28]。DBD等离子体由2块直径50 mm的圆板铝电极、阻挡介质以及间隙构成,待处理材料放在DBD电极间隙内,经一定放电时间处理后进行表面电位的测量。

2 实验结果与分析

2.1 外界测量条件的优化

2.1.1 电压幅值和加压时间的影响

固定放电针与材料表面距离10 mm,采用正极性电源,加压1 min,加压幅值分别为3、4、5 kV,加压完成后立即撤去高压并对表面进行线性扫描,扫描结果如图2所示。结果表明随着电压升高,介质表面最大电位幅值增大,且增大有一定限度。当电压达到5 kV时,最大电位幅值较4 kV增大不明显,主要原因有：1）与材料表面的表面态数量有关,也即容纳电荷的能力有关。同种材料其表面容纳电荷的能力一定,电压虽呈线性增加,但是表面可捕获的电荷数量有限;2）当表面积聚较多的电荷时,在撤压的瞬间,由于表面电位相对较高,表面上的高电位会对放电针形成反向放电,进一步降低了表面电荷的积聚^[29]。固定放电电压4 kV,改变充电时间,分别为1、2、3 min,得到结果如图3所示。从图中看出,表面电位的分布基本不受充电时间的影响,表面带电荷量在1 min之内达到饱和。

2.1.2 相对湿度的影响

一般认为,周围环境的相对湿度对材料表面电荷消散影响较大^[30]。探究在不同相对湿度条件下材料表面电位衰减的变化有重要作用。实验时,通过加湿器来调节有机玻璃腔内的相对湿度,采用温湿度表来实时监测温湿度变化。当湿度调节到一定值时,停止加湿,静置20 min后,保证示数达到要求并无明显变化时开始测量。测量条件如下：采用负极性电晕放电,固定放电电压-5 kV,加压1 min,相对湿度分别调节为20%和40%,测试结果如图4

图2 不同电压幅值表面电位分布 Fig.2 Surface potential distribution under different applied voltages

图3 不同加压时间下表面电位分布 Fig.3 Surface potential distribution under different applied voltage durations

所示。从实验结果中可看出,在撤压以后的0~20 min内,相对湿度为40%的情况下表面电位衰减速度明显快于相对湿度为20%时,说明相对湿度的增加有利于表面电位的衰减。相对湿度的增加会提高表面吸附水分的含量,进而提高表面电导率,因而可以提高表面载流子的迁移速率,加快电荷的消散。

2.1.3 栅极网的影响

有研究表明,在针板之间加装金属网可以起到均压以及降低表面电位幅值的作用^[31]。因此研究了金属网对表面电位分布的影响。由于电晕放电极性对电荷积聚影响较大,因而在不同电源极性下进行了实验。测试时,保证温湿度一定,温度为(20±2) ℃,相对湿度在20%左右,测试材料选用2 mm环氧树脂板,栅极网被放置于放电针与材料中间,调节栅极网距材料上表面距离为5 mm,也即针尖距栅极网5 mm。

实验结果如图5所示,可见随着加压幅值的增加,表面电位整体变大。加装栅极网后,正极性下电晕放电较负电晕放电可以在表面产生更加均匀的电位,并且作用面积也较大。一般认为,正电晕放电大多属于“流光”放电,负电晕放电近似于“羽毛状”放电^[32],与正的流光放电相比,负电晕放电的起始电压要低,其放电的传播范围相对于正电晕放电要小一些。不加装栅极网时,表面电位呈“雨伞”状,对应于针尖正下方表面电位值最大,然后沿径向向四周逐渐减小,这跟加装栅极网情况下区别明显。同时对比表面电位幅值可以发现,加装栅极网后的表面电位要低于未加装栅极网的,因此认为栅极网具有“钳制”表面电位的作用。

2.2 等离子体处理材料表面

2.2.1 等离子体放电参数优化

使用DBD放电对材料表面处理时,需要对放电参数进行一定的优化,主要考察功率能量的大小、放电的面积与均匀性。图6为实验装置示意图、典型的等离子体放电图像和电压电流图（放电电压为18 kV,介质厚度3 mm,放电频率1 kHz,间隙距离1 mm）。从图中可以看到,放电较为均匀,电压波形具有较快的上升沿(约0.6 μs)和较缓的下降沿(7 μs),电流主要出现在脉冲电压的上升沿并且有多个峰值,最大电流峰值为2.9 A。在下降沿处,由于电压在2 μs处出现了较大的抖动,导致在此处出现了第1个负极性的放电电流,其电流幅值为0.4 A左右。随后,电压又出现了2~3次波动,但此时电

图4 湿度对表面电位分布影响 Fig.4 Effect of humidity on surface potential distribution

流已变化不大。由于微秒电源在结构设计中充放电电容在放电结束后有一个反向充电的过程^[33],导致输出电压出现了反向脉冲,在反向的过程中,出现了一次负极性电流,其值约在0.3 A。

对于同样结构的DBD装置来说,其等效电容一般不受外界电压的影响,增大放电电压,进而可以影响流过系统的放电电流。因此,电压幅值的大小直接决定了电流幅值,从而影响放电功率和放电能量的大小。实验时固定介质厚度3 mm,放电间隙1 mm,频率1 kHz,改变电压幅值,其电流峰值(上升沿处最大电流幅值)大小随电压幅值变化趋势如图7所示。从图中看出,随着电压幅值的增大,电流近似呈线性增加。总电流表示为

$i=C\frac{\mathrm{d}U}{\mathrm{d}t}+\frac{U}{R}$ (1)

式中：i为放电总电流;U为施加电压;dU/dt为电压随时间变化率;R、C分别为放电等效电阻、电容。

随着电压升高,放电面积逐渐增大,DBD等效电容近似不变,放电等效电阻减小;当电压增加到

图5 栅极网对表面电位分布影响 Fig.5 Effect of grid copper on surface potential distribution

图6 DBD装置图、典型放电图像和电压-电流波形 Fig.6 DBD set-up, typical discharge image and voltage-current waveforms

一定值后,放电面积铺满整个电极,此时,随着外加电压峰值的继续增加,放电电流呈线性增加。

一般认为介质较薄时放电更加容易,为了探究介质厚度对放电的影响,选用不同介质厚度,固定放电电压18 kV,放电频率1 kHz,间隙距离1 mm,介质厚度1~4 mm,得到电压电流波形见图8。从图中看出,随着介质厚度的增大,放电起始时间向后推迟,同时也意味着放电起始电压提高。同时也可看出,放电电流幅值也随着介质厚度的增加而降低。

间隙距离对放电模式的影响较大。间隙较小的时候放电更容易表现出均匀放电,当间隙距离很大时,放电会表现出明显的丝状放电。图9所示为不同间隙下放电电流波形变化。实验固定放电电压为

图7 不同电压下的上升沿处电流幅值 Fig.7 Current amplitude under different applied voltages

21 kV,介质厚度2 mm,放电频率1 kHz。从图中看出,随着间隙距离增大,放电起始时刻向后延迟。放电间隙从1 mm增大到1.5 mm时,上升沿处电流峰值变大,继续增大间隙,电流峰值减小。

根据以上实验结果,选择以下放电参数处理绝缘材料表面：放电间隙1 mm,放电频率1 kHz,阻挡介质厚度选用1 mm K9玻璃,放电电压在20 kV为最佳。此时放电具有较大的功率能量以产生更多的活性粒子,同时产生比较均匀的放电。

2.2.2 等离子体处理对材料表面电荷的影响

等离子体处理可以引起材料表面发生一系列物理化学变化,进而影响介质表面的电学性能。本文根据2.1节和2.2.1节的优化结果,采用DBD放

电产生的非热平衡等离子体来处理环氧树脂材料,以实现对材料表面的改性。为能定量地表征和对比表面电位的衰减情况,求取平均衰减率为

\(D=\frac{{{V}_{0}}-{{V}_{t}}}{{{V}_{0}}}\times 100%\)(2)

式中：D为平均衰减率;V₀为初始电位,V_t为t时刻的电位,结果如图10所示。实验条件为：采用负极性电压-5 kV,加压时间1 min,测试样品分别为未处理和处理60、180、360 s,周围环境的相对湿度约为20%,温度20 ℃。从图中可以看出,无论须放置300 s还是600 s后,经等离子体处理后的材料表面电位衰减率均明显高于未处理组。衰减率随处理时间增加而增大,处理时间为180 s时,衰减率明显高于60 s。但进一步增加处理时间为360 s,衰减率反而下降。

图8 施加电压18 kV时不同介质厚度下电流波形 Fig.8 Current waveforms with different dielectric thicknesses under applied voltage of 18 kV

图9 施加电压18 kV下不同间隙下电流曲线 Fig.9 Current waveforms with different discharge gaps under applied voltage of 18 kV

图10 放置不同时间后的平均衰减率 Fig.10 Average potential decay rate after different storage time

3 结论

1）外界测量条件对表面电位的影响规律为：表面最大电位幅值随施压幅值的增加而增加,但增加一定程度后达到饱和状态;施压时间对表面电位影响不大;湿度的增大会加快表面电位的衰减;栅极网的加入会使表面电位的分布变得均匀,并且降低表面电位的最大幅值。

2）DBD放电参数优化结果为：施加电压越大,介质厚度越小,放电电流幅值越大,而放电间隙对放电电流幅值影响较小。

3）等离子体处理后可以明显加快环氧树脂材料表面电位的衰减,随处理时间延长衰减速率呈先增加后减小的变化趋势,最佳处理时间为180 s。

参考文献

[1] 齐波,李成榕,郝震,等. GIS绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及特征[J]. 中国电机工程学报,2011,31(1):101-108. QI Bo, LI Chengrong, HAO Zhen, et al.Evolution phenomena and features of surface partial discharge initiated by immobilized metal particles on GIS insulator[J]. Proceedings of the CSEE, 2011, 31(1): 101-108.

[2] 齐波,高春嘉,赵林杰,等. 交/直流电压下气体绝缘变电站盆式绝缘子表面电荷对闪络电压的影响[J]. 高电压技术,2017,43(3):915-922. QI Bo, GAO Chunjia, ZHAO Linjie, et al.Influence of surface charge on flashover voltage of gas insulated substation basin insulator under AC and DC voltage[J]. High Voltage Engineering, 2017, 43(3): 915-922.

[3] SUDARSHAN T S, DOUGAL R A.Mechanisms of surface flashover along solid dielectrics in compressed gases: a review[J]. IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1986, 21(5): 727-746.

[4] MILLER H C.Surface flashover of insulators[J]. IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1988, 24(5): 765-786.

[5] 李进,杜伯学,李忠磊,等. 表面氟化对聚酰亚胺薄膜吸水特性及其击穿电压和表面电荷特性的影响[J]. 高电压技术,2016,42(9):2943-2949. LI Jin, DU Boxue, LI Zhonglei, et al.Effects of surface fluorination on the water absorption behaviors, breakdown voltage and surface charge characteristic of polyimide films[J]. High Voltage Engineering, 2016, 42(9): 2943-2949.

[6] 穆海宝,张冠军,郑楠,等. Pockels效应表面电荷测量中电荷反演算法的研究[J]. 中国电机工程学报,2011,31(13):135-141. MU Haibao, ZHANG Guanjun, ZHENG Nian, et al.Charge inversion algorithm in surface charge measurement based on Pockels effect[J]. Proceedings of the CSEE, 2011, 31(13): 135-141.

[7] 王伟,何东欣,陈胜科,等. 温度梯度场下电缆本体脉冲电声法空间电荷测量声波纠正[J]. 高电压技术,2015,41(4):1084-1089. WANG Wei, HE Dongxin, CHEN Shengke, et al.Correction of acoustic wave in PEA space charge measurement on cable under temperature gradient[J]. High Voltage Engineering, 2015, 41(4): 1084-1089.

[8] KOLEY G, SPENCER M G.Surface potential measurements on GaN and AlGaN/GaN hetero structures by scanning Kelvin probe microscopy[J]. Journal of Applied Physics, 2001, 90(1): 337-344.

[9] SERKAN M, KIRKICI H, KOPPISETTY K.Surface flashover characteristics of nano-composite dielectric materials under DC and pulsed signals in partial vacuum[C]∥Conference Record of the International Symposium on Power Modulator. [S.l.]: IEEE, 2006: 90-92.

[10] 高文强,张博雅,张贵新. 硅橡胶材料表面电荷消散现象[J]. 高电压技术,2017,43(2):468-475. GAO Wenqiang, ZHANG Boya, ZHANG Guixin.Surface charge decay on silicone rubber materia[J]. High Voltage Engineering, 2017, 43(2): 468-475.

[11] KLINGSPORN M, KIRNER S, VILLRINGER C, et al.Resolving the nanostructure of plasma-enhanced chemical vapor deposited nanocrystalline SiO_x layers for application in solar cells[J]. Journal of Applied Physcis, 2016, 119(22): 223104.

[12] ZHANG C, ZHOU Y, SHAO T, et al.Hydrophobic treatment on polymethylmethacrylate surface by nanosecond-pulse DBDs in CF₄ at atmospheric pressure[J]. Applied Surface Science, 2014, 311(9): 468-477.

[13] 马云飞,章程,李传扬,等. 重频脉冲放电等离子体处理聚合物材料加快表面电荷消散的实验研究[J]. 中国电机工程学报,2016,36(6):1731-1738. MA Yunfei, ZHANG Cheng, LI Chuanyang, et al.Experimental study of accelerating surface charge dissipation on polymer treated by repetitively pulsed discharge plasmas[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(6): 1731-1738.

[14] FANG Z, DIGN Z, SHAO T, et al.Hydrophobic surface modification of epoxy resin using an atmospheric pressure plasma jet array[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2016, 23(4): 2288-2293.

[15] WANG R, SHEN Y, ZHANG C, et al.Comparison between helium and argon plasma jets on improving the hydrophilic property of PMMA surface[J]. Applied Surface Science, 2016, 367: 401-406.

[16] 邵涛,章程,王瑞雪,等. 大气压脉冲气体放电与等离子体应用[J]. 高电压技术,2016,42(3):685-705. SHAO Tao, ZHANG Cheng, WANG Ruixue, et al.Atmospheric-pressure pulsed gas discharge and pulsed plasma application[J]. High Voltage Engineering, 2016, 42(3): 685-705.

[17] ZANINI S, BARNI R, PERGOLA R D, et al.Modification of the PTFE wettability by oxygen plasma treatments: influence of the operating parameters and investigation of the ageing behaviour[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2014, 47(32): 325202.

[18] SHAO T, ZHOU Y, ZHANG C, et al.Surface modification of polymethyl-methacrylate using atmospheric pressure argon plasma jets to improve surface flashover performance in vacuum[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2015, 22(3): 1747-1754.

[19] SHARMA R, TRIGWELL S, BIRIS A S, et al.Effect of ambient relative humidity and surface modification on the charge decay properties of polymer powders in powder coating[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2003, 39(1): 87-95.

[20] KUMARA S, MA B, SERDYUK Y V, et al.Surface charge decay on HTV silicone rubber: effect of material treatment by corona discharges[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2012, 19(6): 2189-2195.

[21] SHAO T, YANG W, ZHANG C, et al.Enhanced surface flashover strength in vacuum of polymethylmethacrylate by surface modification using atmospheric-pressure dielectric barrier discharge[J]. Applied Physics Letters, 2014, 105(7): 071607.

[22] 谢庆,刘熊,吴高林,等. SF₆中环氧树脂纳秒脉冲沿面闪络实验研究[J]. 中国电机工程学报,2016,36(24):6267-6735. XIE Qing, LIU Xiong, WU Gaolin, et al.Experiment study of surface flashover on epoxy resin discharged by nanosecond pulses in SF₆[J]. Proceedings of CSEE, 2016, 36(24): 6276-6735.

[23] XIE Q, LIU X, ZHANG C, et al.Aging characteristics on epoxy resin surface under repetitive microsecond pulses in air at atmospheric pressure[J]. Plasma Science and Technology, 2016, 18(3): 325-330.

[24] WANG R, CHENG Z, LIU X, et al.Microsecond pulse driven Ar/CF₄ plasma jet for polymethylmethacrylate surface modification at atmospheric pressure[J]. Applied Surface Science, 2015, 328: 509-515.

[25] 海彬,章程,王瑞雪,等. 等离子体沉积类SiO₂薄膜抑制环氧树脂表面电荷积聚[J]. 高电压技术,2017,43(2):375-385. HAI Bin, ZHANG Cheng, WANG Ruixue, et al.Plasma depositing SiO₂-like film to suppress surface charge accumulation on epoxy resin[J]. High Voltage Engineering, 2017, 43(2): 375-385.

[26] 李文耀,王瑞雪,章程,等. 大气压弥散放电辅助Cu表面类SiO₂薄膜沉积[J]. 中国电机工程学报,2016,36(24):6736-6742. LI Wenyao, WANG Ruixue, ZHANG Cheng, et al.SiO₂-like film deposition on Cu surface assisted by atmospheric pressure diffuse discharge[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(24): 6736-6742.

[27] 林海丹,马云飞,梁义明,等. 聚合物绝缘材料表面电荷衰减特性研究进展[J]. 高压电器,2015,51(8):35-42. LIN Haidan, MA Yunfei, LIANG Yiming, et al.Research progress in dynamic behaviors of surface charge on polymer materials[J]. High Voltage Apparatus, 2015, 51(8): 35-42.

[28] ZHANG C, SHAO T, WANG R, et al.A repetitive microsecond pulse generator for atmospheric pressure plasma jets[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2015, 22(4): 1907-1915.

[29] SJÖSTEDT H, GUBANSKI S M, SERDYUK Y V. Charging characteristics of EPDM and silicone rubbers deduced from surface potential measurements[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2009, 16(3): 696-703.

[30] DAS-GUPTA D K. Electrical properties of surfaces of polymeric insulators[J]. IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1992, 27(5): 909-923.

[31] XU Z, ZHANG L, CHEN G.Decay of electric charge on corona charged polyethylene[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2007, 40(22): 7085-7089.

[32] 邵涛,严萍. 大气压气体放电及其等离子体应用[M]. 北京:科学出版社,2015. SHAO Tao, YAN Ping.Atmospheric pressure gas discharge and plasma application[M]. Beijing, China: Science Press, 2015.

[33] 黄伟民,邵涛,张东东,等. 小型高压重复频率微秒脉冲电源及其放电应用[J]. 强激光与粒子束,2014,26(4):272-278. HUANG Weimin, SHAO Tao, ZHANG Dongdong, et al.A compact high voltage microsecond pulse power supply and its discharge application[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2014, 26(4): 272-278.