kW级立式氧碘化学激光器的初步实验研究

实验考察了立式氧碘化学激光器的工作性能。在氯气流量为82 mmol/s,无主稀释气的条件下,输出功率约1.3 kW,化学效率达到16.9%。分别与以氦气和氮气为稀释气的氧碘化学激光器进行了主要参数的比较(He-COIL在氯气流量110 mmol/s时,输出功率为2.4 kW;N2-COIL在氯气流量115 mmol/s时,输出功率为2.6 kW;立式氧碘化学激光器在氯气流量115 mmol/s时,输出功率为1.32 kW),结果表明该COIL装置初步实验结果与传统的He-COIL和N2-COIL相比还存在很大差距。但通过对实验结果的深入分析得知,若进一步降低单重态氧发生器的prτes值,缩短超音速喷管中亚音速段的氧碘混合长度或采用超音速段氧碘混合方式,使该立式氧碘化学激光器在无主稀释气的条件下运行且达到与He-COIL和N2-COIL相当的功率水平是可以实现的。

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。

超音速氧碘化学激光实验研究

在一台５ｋＷ超音速氧碘化学激光器装置上采用转网式单重态氧发生器，在Ｃｌ２流量为１５０ｍｍｏｌ／ｓ时输出功率已超过１ｋＷ。

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。

氧碘化学激光器超声速段射流工作方式性能的数值研究

氧碘化学激光器(COIL)的混合喷管内发生的是气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响。利用3维计算流体动力学技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程对简化的氧碘化学激光RADICL模型进行数值模拟与分析,结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型,对COIL超声速段射流情况下喷管内的流动及混合情况,尤其是产率、分解率、泵浦率和小信号增益系数的细致3维空间分布进行研究。结果证明超声速段进行射流有利于提高COIL的性能表现,可以充分利用高增益区,光腔位置增益可以达到0.012 cm-1,与亚声速段射流相比总压恢复性能提高,混合有待加强。

高能超音速氧碘化学激光光束质量的测量

概述了在千瓦级ＵＲ－９０腔的氧碘化学激光实验装置上进行的光束质量测量的实验，测试结果表明。

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。

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。

基于故障树的氧碘化学激光器故障分析

为方便快捷地查找出氧碘化学激光器故障发生的原因,以氧碘化学激光器常见故障为例,建立了其功率失常的故障树模型,用最小割集理论按下行法对模型进行了定性分析和定量分析。分析表明:氧碘化学激光器7个子系统中,碘供给子系统的可靠性最低,氯气供给子系统次之,这与实际情况相符。计算出的氧碘化学激光器出光不正常发生概率为3.99%,其可靠度为96.01%。

氧碘化学激光器中的化学非平衡流动数值模拟

采用数值方法求解二维可压缩非定常NavierStokes(NS)方程及组分连续方程,计算氧碘化学激光器中的化学非平衡流场。采用格心格式的有限体积法对NS方程作空间离散,用四步龙格库塔方法作显式时间推进。假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型。使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题。对3种组分配比情况下氧碘化学激光器中的化学非平衡流动进行了计算,给出了不同情况下几种组分的浓度分布,分析了2种组分的浓度对激光器性能的影响。所得结果与理论分析以及文献结论一致。

超声速氧碘化学激光的性能分析

通过对超声速氧碘化学激光 (COIL)的功率和效率计算 ,导出了适合于均匀和非均匀加宽效应同时起作用和非均匀加宽效应占优的情况 ,以及考虑频移效应的速率方程 (RE)模型 ,得到了温度、压力、碘浓度以及频移对 COIL的功率和效率的影响。

氧碘化学激光高反射薄膜的性能研究

通过实际测量和理论计算 ,给出高反射薄膜的散射和吸收数据 ,分析两种损耗对薄膜性能起的不同作用 ;同时 。

氧碘化学激光器中相位扰动的模拟研究

建立了含相位扰动的1维流场3维物理光学负载光腔模型。选用折叠非稳腔,模拟计算了斜激波中心距光轴不同距离时以及不同强度的斜激波对腔内光场相位分布和输出功率的影响。研究表明激光输出光束质量与腔内激波的分布位置和激波的强度有密切关系,应该避免激波中心近光轴时的强扰动效应引起的光束质量退变。实验装置的计算结果再现了实验现象。

氧碘化学激光器的增益线型和腔内温度

利用可调谐二极管激光器做探测光源，测量了超音速氧碘化学激光的增益谱线和增益线型．根据多普勒展宽，间接得到了超音速氧碘激光器的腔内温度．

氧碘化学激光器故障诊断技术

为了解决氧碘化学激光器通过常规诊断故障定位困难的问题,采用建立的氧碘化学激光器功率失常故障树模型,结合氧碘化学激光器常用的8个监测参数:碘腔压力、碘文氏管压力、p-t曲线、主氦压力、氯气压力、氧发生器压力、上游压力和光腔压力,提出采用故障树和在线监测参数相结合的办法,基于3σ法则的判断标准对氧碘化学激光器进行故障诊断,故障诊断正确率达到94.5%,并对出现的故障提出了改进措施。

PID调节器在氧碘化学激光器谐振腔调腔中的应用

通过对由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个单元组成的PID调节器基本原理的介绍,指出合理设定PID调节器的参数是消除扰动的影响并实现腔镜快速、准确而稳定地移动的关键。实验结果表明,在调腔过程中应用PID技术,提高了静态时谐振腔各腔镜的同心度,而且在一定程度上保证了出光过程中谐振腔内各个腔镜的同心度,使得减小远场光斑的漂移和变形成为可能。

氧碘化学激光器组分超音速混合反应数值模拟

采用数值方法求解二维可压缩非定常N-S方程及组分连续方程,计算氧碘化学激光器中的组分超音速混合反应流场。空间离散格式为AUSM+-up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进,湍流粘性系数使用k-ε两方程湍流模型进行求解。假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型。使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题。给出了出口处碘分子的质量分数分布,数值模拟结果与文献结果符合良好。

三点式氧碘化学激光器光腔准直技术

提出三点式动态准直法,并以此设计具有自动校准功能的光腔自准直系统,提高了氧碘化学激光器的光束质量。该系统采用位置传感器作为光束位置检测元件,压电陶瓷作为动态调整元件,建立三输入三输出的耦合模型,利用多变量自适应闭环解耦控制法,实现准直系统的高速动态调整,实现了光腔准直,提高了光束质量。经初步实验验证,该系统准直范围可达4 mrad,精度为5μrad,响应频率达20 Hz,满足氧碘化学激光器对光腔准直系统的要求。

氧碘化学激光中BHP的NMR研究

用核磁共振的方法第一次直接证实了氧碘化学激光的化学原料过氧化氢水溶液（BHP）中O2H-的存在，并得到了其化学位移δ＝4．74（263K），同时，提供了一种较精确地确定BHP中O2H-浓度的方法—NMR法．

主流无载气N_2-氧碘化学激光配气方式的数值优化

针对主流无载气、副流以氮气为载气的氧碘化学激光(COIL),应用求解3维多组分化学反应流方程的数值方法,对流场和物理化学的耦合过程进行细致研究,对副流载气变化带来的问题及性能提升的手段、特别是合理的配气方式进行深入分析。结果表明:传统的在亚声速段进行喷流的配气方式不适用于主流无载气N2-COIL系统,必须采用超声速段射流方式;合理的流量配比条件下,超声速段射流方式COIL光腔位置处增益可达1.5%cm-1;N2-COIL流场边界层厚度明显减小,拓宽了增益的有效分布区域。