氧碘化学激光器谐振腔腔镜失调测量与研究

为保证氧碘化学激光器谐振腔的腔镜失调测量结果的可靠性和准确性,建立了使用自准直仪间接测量腔镜失调的方法。测量结果表明,热辐射是引起腔镜失调并造成光束漂移的主要原因,通过采取措施,可以使腔镜失调明显减小。同时证明了该测量方法是可靠的、合理的。

氧碘化学激光器中混合现象的数值模拟

给出了基于气体动力学、化学动力学和激光物理学的氧碘化学激光器理论模型，并对氧碘化学激光器中的混合现象进行了三维数值模拟，所得结果与文献上类似模拟结果一致。

基于TDLAS测量HBr化学激光器气体温度

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),基于吸收光谱的多普勒展宽原理,对D2/NF3燃烧驱动的HBr化学激光器,进行了光腔和扩压段的气体温度测量实验研究。为了有效地测量TDLAS吸收光谱,选用了主气流中吸收系数较大的HF分子(2-0)振动谱带的R2谱线作为研究对象。实验中利用一台中心波长1 273 nm的分布反馈式(DFB)二极管激光器,搭建了一套基于直接吸收法TDLAS的HBr化学激光器气体温度测量系统。通过对HF分子的吸收谱线进行Voigt线型拟合,获得了多普勒展宽宽度,从而给出了光腔和扩压段气体温度。在进行时域频域变换时,使用了一台自由光谱范围(FSR)为1.5 GHz的F-P标准具用于频率校准。实验测量结果表明,光腔温度约为280 K,扩压段温度约为400 K。实验过程中的碰撞展宽和多普勒展宽的比值小于0.1,表明多普勒展宽为主,能够方便地用HF吸收光谱的展宽来监测光腔和扩压段的气体温度。

DF/HF化学激光器HYLTE喷管的副喷管质量流量系数

对DF/HF化学激光器HYLTE喷管的副喷管质量流量进行了数值和理论计算,得出入口滞止压力在0.01～0.4MPa之间、喉道半高度在0.1～0.9mm之间的喷管的氘气,氢气和氦气质量流量系数,总结出质量流量系数随入口滞止压力和喉道高度的变化规律,并给出拟合公式,为副喷管的设计提供依据。

转镜扫描测量超音速氧碘化学激光器二维增益分布

首次用二维多面体扫描镜测量了超音速氧碘化学激光器的二维增益分布，测得增益区沿气流方向较长，沿光腔高度方向靠近壁面的两侧存在明显的边界层效应，并且边界层的厚度随着远离喷管出口平面距离的增大而增加。

氧碘化学激光器直线分段扩开型扩压器实验研究

研究了不同几何外形参数对直线分段扩开型氧碘化学激光器(COIL)扩压器性能的影响,实验结果表明:光腔上下壁扩开全角8°时,选取4°超扩段扩散角可获得较好的压力恢复和隔离光腔流场的能力;超扩段增加2 mm竖隔板可降低光腔后部壁面静压,且截止反压提高约12%;在相同腔压下,10°截角唇口的截止反压比直角唇口和1/4圆弧唇口截止反压高出约7.6%;超扩段入口四壁增加人工粗糙带能明显改善光腔壁面静压的分布,并有效提高扩压器效率。

超音速氧碘化学激光器二维小信号增益的数值模拟

建立了氧碘化学激光器简化的动力学模型，利用Ｎ－Ｓ方程组，数值模拟了超音速氧碘化学激光器小信号增益的二维分布。

氧碘化学激光器束转动90度环形非稳腔空心光束输出研究

主要描述了氧碘化学激光器来转动９０度环形非稳腔（ＵＲ９０）空心光束输出的腔结构及几何模式特点，实验中获得了在放大率Ｍ＝１．６９５，激光平均输出功率４．０ｋＷ时，空心光束输出的激光光束质量为３．２倍衍射极限，同时对空心光束输出特性进行了分析。

化学激光器用文氏咀的临界背压比

建立了一套文氏咀临界背压比的测量系统,分别以氮气、氩气和氧气为工作介质,对两种加工工艺、不同规格文氏咀的临界背压比进行了测量,得到了各文氏咀对应不同工作介质的临界背压比,讨论了实验系统中第一个文氏咀的作用和温度对测量结果的影响。实验结果表明:设计合理、工艺合适的Laval喷管,临界背压比明显高于临界压力比,而且,比热容比越小,表面粗糙度等级越高,喉道直径越大,对应的临界背压比越大。

氧碘化学激光器UR-90腔光束质量研究

概括了光束质量的表示方法，由衍射极限倍数的定义出发，提出重点在于选取光斑直径，而且可把光斑测量归结到电子测试仪对剪切电平的测量上。给出了电子测试仪的测试原理，由所测光斑直径计算了氧碘化学激光器ＵＲ－９０腔的光束质量指标—衍射极限倍数，达到了１．２～１．６倍衍射极限。

氟化氢泛频化学激光器高超音速低温喷管研究

通过建立一套氟化氢泛频化学激光器实验系统 ,介绍了一种新型高超音速低温喷管的结构及其实验参数设置方法 ;对喷管性能进行了测试 ,并将实验结果同数值模拟结果进行对比 ,找出了改善喷管性能的方法。由该喷管构成的激光系统已顺利出光。

DF/HF化学激光器高振动态基频谱线机理分析

在采用冷泵浦反应体系的DF/HF化学激光器中多次观察到了DF分子4-3振动能级跃迁的谱线以及HF分子3-2振动能级跃迁的谱线.给出了几幅典型的光谱图,并理论计算了高振动态基频谱线的增益曲线.实验和理论分析显示,上述高振动态基频谱线并非直接产生于冷泵浦反应,F原子复合和热泵浦反应起到了重要作用.最后讨论了热泵浦反应和链泵浦反应对采用冷泵浦反应DF/HF激光器输出光谱、增益及增益区长度的影响.

氧碘化学激光器输出功率的估算

建立了激光在工作时的动态模型,即假设在单位时间内,激光介质的粒子数全部被泵浦到上能级。引入激光介质重复泵浦次数的概念,根据能量守恒原理,通过分析氧碘化学激光器(COIL)的传能机理,计算了沿气流方向变化的碘原子上能级的弛豫时间及沿气流方向变化的碰撞传能时间,并且计算了碘原子在出光区内被单重态氧反复泵浦的次数及相应的残余单重态氧数目,从而计算出碘原子在出光区的反复泵浦次数,修正了原计算COIL输出功率的公式。理论计算与实验结果均表明:当碘流量过低时,增益小于损耗,激光器不能起振;当增大碘流量时,激光输出功率也逐步增大,反复泵浦次数逐渐减少;当碘流量继续增大时,激光输出功率达到最大,且在一定碘流量变化范围内基本保持稳定;但随着碘流量的进一步增大,激光输出功率却逐步下降。

用于化学激光器的腔增强吸收光谱测量

燃烧驱动氟化氢化学激光体系中有一些关键基态物种(如DF等)可用于表征燃烧室工作状态,为了控制HF振动激发态的弛豫过程还需要加入少量的碰撞伴侣物种(如SF6、NH3、H2O等),另一些关键物种(如NF(a)等)则可能会与HF振动激发态发生传能过程,然而不幸的是这些物种的吸收较小。为了利用吸收光谱对这些弱吸收的关键基态物种进行研究,建立了基于离轴式布局的腔增强吸收光谱装置,该装置由光源部分、谐振腔部分和光电接收部分组成,其中谐振腔部分处于真空仓内。为了验证该装置的性能,测量了痕量氨气和水汽的吸收光谱。实验结果表明:该装置的等噪声吸收系数达到了1.6×10-8cm-1,表明该装置可以用于氟化氢化学激光器中关键痕量物种的测量诊断工作。

燃烧驱动连续波DF化学激光器的输出光谱

利用光栅扫描记录方法测量了不同气流参数条件下，某燃烧驱动连续波ＤＦ化学激光器的输出光谱，将测量结果和数值计算结果进行了比较和分析。

DF化学激光器燃烧室中化学配比的数值研究

本文利用最小自由能法计算了Ｈ２－ＮＦ３体系和Ｃ２Ｈ４－ＮＦ３体系的ＤＦ化学激光器燃烧室中的化学平衡组分，获得了不同体系ＤＦ化学激光器氧化剂与燃料的最佳配比，着重研究了燃料、稀释剂以及燃烧室压力对燃烧后产物中Ｆ原子浓度的影响。计算结果表明：Ｃ２Ｈ４－ＮＦ３体系燃烧产物中Ｆ原子的浓度要比Ｈ２－ＮＦ３体系高，无论是Ｈ２－ＮＦ３体系还是Ｃ２Ｈ４－ＮＦ３体系，当反应物中稀释剂的浓度较高时，燃烧产物中Ｆ原子的浓度随燃料和氧化剂比值的变化较缓慢，而当反应物中稀释剂的浓度比较低时，燃烧产物中Ｆ原子浓度对于燃料和氧化剂比值的变化就比较敏感。并将有关的计算结果与实验数据进行了比较。

连续波氧碘化学激光器的实验研究

通过实验,得到连续波氧碘化学激光器在氯气流量为50mmol/s时,输出功率达1kW。并测量了光束发散角,考查了光束发散角与功率及腔镜曲率半径的关系。

燃烧驱动连续波氟化氢(氘)化学激光器——三维列阵小孔喷管研究

文章针对燃烧驱动连续波氟化氢激光器分析了其喷管出口后的混合过程;同时也讨论了喷管设计参数、结构和加氢方式等对激光器输出功率、比功率的影响。实验表明在主喷管和副喷管之间混合距离为1.75mm时,用这种喷管的氟化氢激光器,比功率可达到 130J/g。

DF化学激光器扩压器流场仿真及优化

建立了DF化学激光器压力恢复系统扩压器的流场仿真模型,对扩压器流场结构进行了仿真分析。结果显示,扩压器超扩段长度为1310 mm时,激光器可工作压力为7. 18 k Pa。增加超扩段长度至1810mm,激光器的可工作压力上升至8. 25 k Pa;插入2片楔形叶片,激光器的可工作压力提升至8. 52 k Pa。适当增加超扩段长度和插入叶片的方式可在一定范围内提高激光器的工作压力,研究结果对于化学激光器扩压器的设计与优化具有重要的参考价值。

电激励DF化学激光器光腔流场荧光光谱测量与分析

观察并记录了增大D2流量时DF激光光腔流场可见光荧光的变化现象,对光轴处的可见光荧光进行了光谱测量,使用波长为632.8 nm和543.5 nm的He-Ne激光器对光谱仪进行标定。对激光器光腔内介质成分进行了理论分析,并理论计算了DF高次泛频谱线及D原子谱线,通过比对荧光的实验测量光谱与光腔内介质成分谱线,发现荧光是由F,He,D,N,DF及其它激发态介质共同形成的,对光轴处荧光的颜色构成作出了解释。