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%。

化学氧碘激光器内流场亚跨超音速混合的大涡模拟研究

利用大涡模拟对化学氧碘激光器内的亚跨超音速混合过程进行模拟分析,其结果表明了大涡模拟对这种低压、低密度、亚跨超音速及夹杂多种介质的化学流场的可执行性。与传统的雷诺平均仿真结果相比较,大涡模拟能掌握更多的流场细节数据,能够对混合过程进行精准地判断和分析。在此基础上,提出了碘流反向45°入流的设计方案以增强混合程度,计算表明采用此种方案在相应出光面上平均小信号增益系数提高了5%。

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。

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。

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°。

多波长拉曼激光对CCD损伤实验研究

本文开展了多波长纳秒脉冲拉曼激光对行间转移CCD相机的损伤实验。分别研究了496 nm、574 nm、630 nm单波长拉曼激光与混合输出的多波长拉曼激光对CCD的点损伤、线损伤和面损伤情况,测量了不同波长拉曼激光的损伤阈值区间,并根据损伤情况统计拟合,获得了不同波长拉曼激光能量与损伤概率的关系曲线。实验结果表明:混合波长拉曼激光对CCD的损伤阈值低于单波长拉曼激光的损伤阈值,不同波长拉曼激光对于CCD的损伤阈值也存在区别,其中630 nm拉曼激光的损伤阈值低于496 nm激光,574 nm激光的损伤阈值介于496 nm和630 nm拉曼激光之间。在此基础上,通过分析CCD不同损伤情况的显微图像,以及受损伤CCD的电子学特性,对拉曼激光损伤CCD的机理进行了探讨。

纳秒脉冲激光抽运下的铯蒸气电离度研究

为了研究碱金属蒸气电离对半导体抽运碱金属激光器(DPAL)定标放大的影响,采用适宜于短脉冲激光抽运源的光电流法来测量碱金属蒸气电离度,并开展了铯蒸气电离度同激光抽运功率密度、碱金属池温度、抽运激光器重复频率之间关系的实验研究。结果表明,在不考虑热效应的情况下,即使抽运激光的功率密度高达3×10^(8)W/cm^(2)、碱金属池温度150℃、氦气缓冲气压力9.33×10^(4)Pa条件下,铯蒸气的电离度也仅仅达到1%左右;在碱金属池温度从122℃升高至163℃的过程中,相对于铯蒸气粒子数密度的显著增大,铯蒸气电离度的变化非常小。该研究结果对于铯DPAL通过增加抽运激光功率密度和提高碱金属池温度进行定标放大具有非常积极的意义。

碘激光的H2振动受激拉曼阈值研究

首次实现了脉冲光解碘激光作为基频光的氢气振动受激拉曼变频,对碘激光的波长转换有着重要意义。在碘激光单脉冲能量100~130mJ(脉宽100ns)的条件下,采用双次聚焦技术降低了高压氢气的振动受激拉曼变频的阈值,获得了波长为2900nm中红外激光,光子转化效率最高达到8.7%。实验发现当拉曼介质氢气气压大于1 MPa后,一级斯托克斯光的拉曼转化效率不再随气压变化,并对这一现象进行了理论分析和归属。

喷射型单重态氧发生器性能研究

单重态氧发生器作为氧碘化学激光的核心部件,为化学激光器提供化学能。通过对工业喷射器及旋风分离器的研究,结合产生单重态氧的化学反应环境,进行了大量模拟及设计改进工作,研制了一种新型喷射型单重态氧发生器,并进行了相关实验研究。喷射型单重态氧发生器利用喷嘴能够产生比传统发生器类型更多的气液表面,获得足够的反应效率,可以大幅度降低发生器液体使用量,从而减小发生器辅助系统,提高体积效率。为满足O2(1Δ)停留时间短及分离效率高的要求,利用气液两相喷射的高初速度以旋风分离器完成气液分离。新型发生器氯气利用率可达97%～99%,其O2(1Δ)产率为40%～50%。

激光输出功率随耦合率及放大率的变化规律

建立了涵盖稳定腔和非稳腔的激光有源理论模型和激光开式谐振腔的边界条件。根据定态薛定谔方程与亥姆霍兹方程的等价性,采用量子力学方法求解谐振腔的亥姆霍兹波动方程,得到满足方程、边界条件、矩阵光学、稳定条件的本征解和本征方程。根据本征方程推导出横模数目随耦合率变化的规律,进而推导出激光输出功率随耦合率变化公式,以及激光输出功率随放大率的变化规律。该理论模型能够从稳定腔自然过渡到非稳腔,在小耦合率情况下退化到与传统公式基本一致的形式,又能在大耦合率情形下与实验结果符合得很好。

885nm双端泵准连续微秒脉冲1319nm三镜环形腔激光

采用885 nm半导体激光双端泵Nd:YAG三镜环形腔获取高功率、高光束质量、可调谐的准连续微秒脉冲1319 nm激光,通过腔镜镀膜和腔内插入标准具,分别抑制Nd:YAG的1064 nm与1338 nm谱线起振.薄膜偏振片用作环形腔的输出镜,与半波片配合实现输出耦合率连续可调.885 nm抽运功率150 W时,在热近非稳腔运转条件下获得重复频率800 Hz脉冲宽度150μs、平均功率22.5 W的1319 nm偏振激光输出,光束质量因子M_x^2=1.35,M_y^2=1.24.腔内插入1319 nm的倍频晶体KTiOPO_4。通过二次谐波效应使高强度的尖峰脉冲序列减弱,实现激光脉冲弛豫振荡的有效抑制.精确控制标准具温度,实现激光波长从1318.888 nm精细调谐到1319.358 nm,调谐范围为470 pm(81 GHz),相应的调谐精度为0.7 pm(125 MHz).

气液喷射反应器内液滴粒径分布PLIF研究

气液喷射反应器是一种高强度反应器,反应器内部液滴粒径大小和分布对反应收率和选择性具有决定性影响。本文建立了气液喷射反应器内液滴粒径分布测量实验装置,并利用面激光诱导荧光(PLIF)技术对气液喷射反应器内液滴粒径分布进行了研究,得到不同气液流率情况下的液滴粒径的分布规律,结果显示:液相流率不变时,随气相流率的增大,反应器内液滴平均粒径逐渐减小,分布范围变小;气相流率不变时,随液相流率的增大,液滴平均粒径逐渐减小,粒径分布趋于集中。

单驱动变曲率单晶硅反射镜的研究

为了解决高能激光器输出光束的光束质量随时间蜕变的问题,提出了一种主动光学元件的结构,只使用一个驱动器使反射镜的曲率产生可控制的改变,用以补偿高能激光器中增益介质或光学元件因热效应而产生的球差。通过理论模拟计算和实验研究对比验证,这种结构能够使单晶硅基底的反射镜产生微小变形,通过精确控制驱动器,可以使反射镜产生所需要的曲率变化。结果表明,这种主动光学元件可以用于谐振腔内补偿高能激光器中热效应产生的球差项的影响。

钠与惰性气体及烷烃准分子对吸收系数的实验与理论评价(英文)

准分子泵浦钠金属激光器(XPNa L)在钠导星中有着极为重要的应用。但是,传统的准分子对,例如Na-He和Na-Ar等对相对于泵浦源的吸收系数很小。本文对Na-Ar、Na-Xe、Na-CH_4、Na-C_2H_6四个体系进行了研究,从荧光实验和结合能的高精度量化理论计算两方面来探究比较好的准分子对。实验结果表明:这四个准分子对体系的荧光强度曲线峰面积比为1.0:6.4:4.9:10.4。同时,通过CCSD(T)手段和基组外推法对Na-Ar、Na-Xe、Na-CH_4和Na-C_2H_6准分子对的结合能计算结果分别为52.8、124.5、117.7和150.0cm^(-1)。因此,可以推断量化计算与实验结果能够较好地符合。随后,Na-C_2H_6准分子对从实验和理论两方面被发现是效率最高的体系,更有希望被发展成为高能准分子宽带泵浦钠金属激光器。本工作还证明了采用大基组对结合能的高精度量化计算,对用于准分子宽带泵浦碱金属激光器的准分子对筛选是很好的评判标准。

固体激光微通道冷却器内流动特性的数值模拟

建立了固体激光微通道冷却器数学模型,运用商业软件Fluent进行求解计算,并与文献中数据进行对比,验证了模型的可靠性。分析微通道尺寸及结构对转捩雷诺数影响,结果表明:微通道当量直径对于转捩雷诺数影响甚微,收缩比的大小是引起转捩雷诺数不同的关键因素,最终确定了不同收缩比下的转捩雷诺数。

旋流喷雾式单重态氧发生器的气液分离初步研究

为解决气液分离问题,提出了粒径可控离心分离的设想,即通过某种雾化技术产生粒径可控的液滴,然后根据液滴的粒径确定气液分离所需要的离心力,在高速旋转的叶片所产生的离心力作用下液滴一边与气流发生反应一边完成气液分离。为验证这一思想,搭建了一台旋流喷雾式单重态氧发生器(TFA-SOG),并通过计算流体力学模拟和实验对这台TFA-SOG进行了研究。研究结果表明,模拟的气液分离效率与实验的相一致,粒径可控离心分离的设想是可行的。

射流式氧发生器的三维模拟研究

实现了对射流式氧发生器的三维仿真模拟,给出了氧发生器内部流场结构、各组分的分布状态等信息。研究了射流孔结构对氧发生器性能的影响。指出即便是具有相同比表面积的不同射流孔排布方式,也会对发生器性能产生影响。此外,逆向射流式氧发生器反应器中气体从双侧进入对于减小发生器对气体的阻力具有重要作用。

基于图像处理的光学谐振腔自准直研究方法

针对我国氧碘化学激光器输出能量不断提高的情况下,主要限制光束质量的因素之一是出光过程中的光腔失调,提出了一种基于图像处理的光学谐振腔自准直研究方法。该研究方法利用氦氖穿腔光通过凹腔镜中心孔,并在凸腔镜后方放置工业相机,在屏幕上方形成一个干涉同心圆环。通过借助OpenCV库中二值化、霍夫圆检测等图像处理的方法,获得干涉同心圆环的圆心坐标,再通过以圆心为中心将图像分成上下左右四个部分,通过判断这四部分亮点像素的数量差值来预估干涉同心圆环的偏移状态,进而获得空腔条件下光学谐振腔发生变化的理论判据。实验结果表明,该方法可以获得相当精准的光学谐振腔失调判据,其失调判据选取左右亮点像素差值30000,上下亮点像素差值45000,为今后失调判据与步进电机自动调腔的结合做好充足的准备。

中红外激光在光电对抗领域的应用及进展

近年来,为有效对抗先进的红外制导武器的威胁,先进的红外对抗手段和方式不断推陈出新。其中,利用中红外激光辐射致盲、致炫和毁伤的手段可以有效地对抗红外制导武器的威胁。为此,重点介绍了中红外激光在光电对抗领域的应用;然后,对中红外激光光源和分类及其原理进行了阐述,并介绍了美国和俄罗斯在中红外光电对抗系统领域的发展现状;最后,对中红外(3~5μm)光电对抗技术的应用发展和未来的趋势进行了总结,并对化学、气体和固体中红外激光光源的应用进行了展望。

连续波HF激光泵浦Fe^(2+):ZnSe激光器的可行性

针对目前Fe^(2+):ZnSe激光器缺乏有效的高功率泵浦源这一关键瓶颈,提出了采用连续波HF化学激光器泵浦Fe^(2+):ZnSe来实现4μm波段激光输出的技术路线,结合实验和理论手段考察了此技术路线的可行性。首次获得了由连续波HF化学激光泵浦的Fe^(2+):ZnSe激光器的W级激光输出,输出功率约为1.7 W,谱线峰值波长为4.18μm,出光时间约2 s。