连续波化学氧碘激光器的发展及应用

简要阐述了连续波化学氧碘激光器的运转机理,介绍了它的发展过程和应用前景,并指出了今后发展的方向.

化学氧碘激光器尾气主动冷却技术试验

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度,是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法,得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数,并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明,在COIL出光60s试验中,热交换器可以使尾气温度从590K降低到160K,出口截面温度不均匀度小于21K,经过热交换器的气流总压损失小于100Pa。

利用喇曼光谱测量氧碘激光器氧发生器的O_2(a^1Δ)产率

利用自发喇曼成像技术实时监测氧碘激光器O2(a1Δ)发生器流场组分,得到了发生器气流中O2(a1Δ)和O2(X3Σ)以及N2的自发喇曼散射光谱,由此得到了不同条件下的O2(a1Δ)产率,测量误差不超过8%。

超音速化学氧碘激光器光腔扩张角

在超音速化学氧碘激光器的设计中,为了削弱光腔部分的化学反应放热对激光器出光的负面效应,在光腔部分通常加入一扩张角。为了研究这一扩张角对激光器内流场的作用,根据kW级超音速化学氧碘激光器的实验平台,数值模拟了激光器内超音速混合喷管至光腔部分的流动过程,解析了光腔扩张角对内流场的流动参量和化学增益的影响,从维持压强和温度稳定性方面比对分析了不同扩张角度的性能,并探索了喷管高度和扩张角之间的规律。结果表明:此kW级超音速化学氧碘激光器的合理光扩张角度为4.5°。

基于KPCA的氧碘激光器出光过程监控方法

根据氧碘化学激光器运行过程基本稳定的特点,利用核主元分析(KPCA)方法监控非线性过程的优势,提出了基于KPCA的激光器出光过程监控方法。该方法通过沿时间轴方向展开激光器正常出光的历史数据,建立了激光器出光过程中各时刻的KPCA模型,并在特征空间构建T2统计量和平方预测误差统计量对激光器出光过程进行监控。仿真计算和试验表明,该方法具有可靠的监控性能,能及时、准确地发现激光器出光过程中的异常状态。

连续波化学氧碘激光器中O_2（~1Δg）－Ⅰ传能平衡时间的近似表述

本文通在简化的化学反应动力学模型，对Ｏ２（１Δｇ）－Ⅰ传能动力学过程进行了分析，得到了Ｏ２（１Δｇ）－Ⅰ之间传能平衡特征时间的近似表述，并估计了在总氧压力为１ｔｏｒｒ的工作条件下，Ｏ２（１Δｇ）－Ⅰ传能平衡时间大约为０．４１～０．８８μｓ，其结果与考虑了１８个各种主要动力学过程的数值计算结果（０．５～１．０μｓ）基本一致。

氧碘激光器小信号增益时空分布的实验研究

首次利用一台亚音速小型连续波化学氧碘激光器做探测光源，用放大法直接测量超音速化学氧碘激光器的小信号增益系数，测得了小信号增益系数随时间和气流方向的变化。

化学氧碘激光器(COIL)的研究进展

化学氧碘激光器(COIL)作为继HF/DF化学激光器以后的第二代气流化学激光器具有诸多优点,如比第一代更短的波长和更高的光纤传输效率,因而在军事、工业和医疗等许多领域都有重要的应用,在过去的十多年来得到了各国专家的普遍重视。本文将对化学氧碘激光器几十年的发展进行一定回顾和分析,并在此基础上对其未来的发展和所面临的技术挑战进行了探讨。

对化学氧碘激光器中O_2(~1Δg)气相传输温度的研究

本文在对O2 (1 Δg)最佳气相传输温度计算的分析基础上 ,从防止O2 (1 Δg)在经过渡段的淬灭、气流温度对氧碘混合程度和对氧碘化学反应效率的影响三个方面进行了讨论 ,指出了获得最佳O2 (1 Δg)气相传输温度的途径。

外腔输出的连续波化学氧碘激光器

研制了一台采用外腔输出的小信号增益为１．６×１０￣（－３）ｃｍ￣（－１）的连续波化学氧碘激光器，在氯流率为３０ｍｍｏｌ／ｓ，Ｉ＿２流率为０．３ｍｍｏｌ／ｓ，腔压为２００Ｐａ时首次获得了半外腔１７８ｗ和中外腔７０．４Ｗ的１．３１５μｍ高功率线偏振光输出。

化学氧碘激光器的化学效率以及碘原子多次参与激光作用的现象及其理论分析

本文通过对ＣＯＩＬ各系统评价参数的分析，得到了化学效率依赖于Ｏ２（１△ｇ）百分含量的上限表达式，并通过对不同工作条件下亚音速运转的ＣＯＩＬ实验数据的综合分析，得到了化学效率ηｃ的经验公式。进一步通过作为激活介质的激发态碘原子Ｉ＊的能量转化效率的定义，首次证明了在ＣＯＩＬ中，碘原子多次参与激光作用的现象，并对此作了初步的理论分析。

化学氧碘激光器中O2（^1△g）的气相传输规律

本文通过对Ｏ２（１△ｇ）气相传输动力学的分析，得到了Ｏ２（１△ｇ）的气相传输规律，并进一步对Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ、Ｔａｋｅｈｉｓａ等人的实验结果进行了分析，得到了统一的结论。

化学氧碘激光器中O2（^1Δg）气相传输的最佳温度环境

本文采用简化的动力学过程描述化学氧碘激光器中储能体Ｏ２（１Δｇ）的气相传输行为，讨论了Ｏ２（１Δｇ）气相传输的最佳温度环境，结果表明，当传输通道温度约为－２３℃时，Ｏ２（１Δｇ）处于最佳传输环境．进一步讨论了除水冷阱的温度限定条件。

化学氧碘激光器的BHP配制及稳定操作

作为化学氧碘激光器（ＣＯＩＬ）的能量来源，Ｏ２（１Δ）发生器（ＳＯＧ）工作状态直接影响ＣＯＩＬ的工作性能，而碱性过氧化氢溶液的稳定与否又影响ＳＯＧ的工作状态。通过对转盘式ＳＯＧ实验中ＢＨＰ配制及稳定操作的系统研究，提出了造成ＢＨＰ溶液不稳定的几种原因及相关的解决方法。

化学氧碘激光器的诊断

将化学氧碘激光器（ＣＯＩＬ）本身的诊断分述为流场特性诊断、气流混合诊断、增益介质诊断和光腔诊断，系统讨论了各种诊断的要求，并分别讨论了各种诊断的基本原理及方法。

化学氧碘激光器光腔边界层的被动控制方法实验

针对化学氧碘激光器(Chemical Oxygen-Iodine Laser,COIL)光腔内边界层的被动控制方法,设计了三种实验件。光腔的上下壁板是可拆卸的,可以更换不同的实验件,以此比较边界层的控制效果。实验结果表明:开槽板、主流引射缝和开孔板在对光腔边界层的控制上都取得了一定的效果,改善了光腔特别是光腔后半部分的压力分布。在一定范围内,增加边界层的抽气量,可以进一步减小边界层厚度,降低光腔压力,同时提高COIL出光功率,但是当抽气量过大时,反而会降低出光功率。三种实验件中,主流引射的方式对抽气量最敏感,当抽气量增加至5%时,COIL出光功率已经明显下降;开孔板对抽气量不太敏感,抽气量从1%增加至7%,对COIL出光功率的影响并不明显。

氧碘激光器化学式碘发生装置的实验研究

针对采用化学式碘发生器的氧碘激光器稳定出光时间较短的情况,通过热力学和化学动力学方面的实验和分析进行了化学式碘发生装置供碘稳定性的研究。分析了物料转化率和反应速率随反应初始温度及反应时间的变化,得到了固相产物的灰层扩散是该反应控制步骤的结论,明确了实验中CuI要大大过量,用氯气量控制碘量的原则,同时确定了适宜的起始反应温度。优化后,在近15s时间内碘流量变化小于15%,显示出了较好的供碘稳定性,此时CuI的转化率为23%。

氧碘激光器碘分子荧光光谱的计算机拟合

用计算机光谱拟合的方法研究了氧碘化学激光器腔内碘分子的荧光光谱 ,计算结果显示碘分子 B态各振动能级的粒子在振动量子数为 1 6的粒子密度最大 ,且按高斯分布时 。

连续波化学氧碘激光器O_2（~1Δ_g）／Ⅰ_2最佳配比的理论分析与实验研究

通过对连续波ＣＯＩＬ小信号增益的分析得到，对连续波ＣＯＩＬ，Ｏ＿２（￣１Δ＿ｇ）／Ⅰ＿２存在最佳配比；实验结果表明：Ｏ＿２（￣１Δ＿ｇ）／Ⅰ＿２最佳配比约为５０～６０。通过建立一维预混模型，进一步研究了ＣＯＩＬ小信号增益以及—维空间分布依赖于Ｏ＿２（￣１Δ＿ｇ）／Ⅰ＿２配比的变化规律，当ｇ＿ｍＬ＿ｅ值依赖于Ｏ＿２（￣１Δ＿ｇ）／Ⅰ＿２配比（约４０～６０）而取极大值时，ＣＯＩＬ系统处于最佳工作状态。

望远镜谐振腔在高功率化学氧碘激光器上的应用

分析和实验研究了腔内放置的望远镜在高功率化学氧碘激光器上降低输出光束发散的应用，基于ＡＢＣＤ矩阵理论建立了一套用于分析望远镜谐振腔的理论公式，以放大倍数在２－４间的伽利略望远镜和我们的化学氧碘高功率激光器作为分析模型进行了理论计算。将望远镜放大光轴上适当位置，整个望远镜谐控腔就能方便地装到该模型激光器上，该激光器输出光束的发散和腔的稳定即能同时得到改善，在计算的一种条件下了实验研究。