重复频率放电引发的脉冲HF(DF)激光器

研制了一台重复频率放电引发的脉冲HF(DF)激光器,采用了横向放电、横向流动和侧面滑闪预电离结构,该激光器的有效增益体积为80 cm×2.5 cm×2 cm,最大输出激光脉冲能量1.6(1.2)J,重复频率1～3 Hz,采用特种碱性分子筛吸附剂对化学反应生成物进行吸收,激光器在准封离状态下以重复频率2 Hz运转,103个脉冲后激光脉冲能量仅有20%的下降。

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。

放电引发的非链式高功率重复频率HF/DF激光器

高功率重频HF/DF激光因其具有的波长和功率优势成为当前中红外激光技术发展的热点之一。介绍了利用紫外预电离横向放电结构和工作气体循环系统建立的放电引发高功率重频HF/DF激光装置。在对激光工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性研究的基础上,开展了强电负性气体的重频均匀体放电技术和气体快速循环置换技术研究,解决了泵浦源重频放电能量在气体介质中的有效沉积和提取问题,实现了激光器50Hz的重频稳定运行和能量稳定输出,HF激光的平均功率达到28W,脉宽100ns,峰值功率5.6 MW。

非链式脉冲HF/DF激光的新型引发技术

为了发展一种引发脉冲HF/DF激光器的新型放电技术。采用均匀粗糙表面的阴极在注入能量密度高达200 J/L时仍可在激光介质中获得均匀稳定的体放电。优点是无需任何预电离,且对电极面型无特殊要求。针-盘电极实验表明,在非链式脉冲HF/DF激光介质中单通道放电表现为扩散均匀的辉光放电,板-板电极的体放电从粗糙阴极开始,阴极表面产生许多明亮的圆形亮点,每一个亮点随后形成一条向阳极扩散的通道,这些扩散的通道相互重叠形成了空间均匀的体放电。初步实验结果表明,采用这种技术可以实现高能、高重复频率的脉冲HF/DF激光输出。

DF/HF化学激光器喷管总压损失的数值模拟

DF/HF化学激光器需要体积庞大的压力恢复系统才能够工作。为了综合考虑激光器和压力恢复系统一体化设计,对DF/HF化学激光器的两种喷管的内流场采用了CFD技术进行了模拟,比较了它们的总压损失的差别和内流场的不同,并讨论了这种不同对整个激光器性能的影响。计算结果表明,细喉道的喷管不但有利于减小激光器增益发生器的尺寸,而且它的总压损失近似于标准喷管,从而不会增加激光器后部压力恢复系统的体积。

非链式HF/DF激光器的研究进展

HF/DF激光器是中红外波段能提供最高能量输出的激光光源,也是中红外波段应用非常广泛的相干光源。本文介绍了近几年国内外关于非链式HF/DF激光器的研究进展及其成果应用,分析了非链式HF/DF激光器在应用方面的优缺点,总结了实现非链式HF/DF激光输出的关键技术和存在的问题,指出了该技术的未来发展方向。

DF/HF化学激光器关键技术研究状况评析

介绍了燃烧驱动连续波DF/HF化学激光器的基本结构和工作原理,通过对国内外1973年以来大量文献进行分类和总结,对化学动力学和喷管混合性能研究等关键技术展开了较详细的综述、分析。特别从理论模型、试验研究和数值模拟等3个方面对各国喷管混合性能方面的研究状况进行了较全面的归纳总结;指出了国内研究工作的不足之处以及该激光器相关关键技术的进一步发展方向。认为只要攻克这类关键技术,实现该激光器的高效性、紧凑化进而突破其作为战略武器的局限性,则该激光器仍然具有作为高能武器的优势。

用LIIF法测量DF/HF化学激光器喷管混合性能的数值分析

激光诱导碘荧光(LIIF)是一种很好的流场测量技术,为了验证该方法测量化学激光器流场混合性能的精度,模拟得到连续波DF HF化学激光器的HYLTE喷管冷流场,并计算了用氦碘混合气体作为氧化剂流、用氦气作为燃料流的HYLTE喷管的流场。通过比较前一流场中的氟原子和后一流场中的碘分子的摩尔百分比分布情况得知,当作为氧化剂流的氦碘混合物中碘的质量百分比在54%左右时,用LIIF法测量DF HF化学激光器喷管的混合情况具有较高的精度。

小型电激励连续波HF/DF化学激光器研究进展

小型电激励连续波HF/DF化学激光器具有广泛的用途和重要基础研究价值,本文介绍了四种放电类型的小型电激励连续波HF/DF化学激光器的研究工作,并对各类型激光器的优缺点进行了讨论。

放电引发非链式脉冲HF/DF激光器的研究进展

文中介绍了放电引发的非链式脉冲HF/DF激光器三十年来的研究进展,分析讨论了此类激光器的发展趋势。

连续波DF/HF化学激光器气膜冷却式喷管流场数值分析

在连续波DF/HF化学激光器主喷管收缩段采用气膜冷却方式,从3维离散小孔注入氦气射流以隔离壁面和主气流。通过对3种气膜孔排布方式下喷管内主气流状态进行数值模拟研究,分析氦气与主气流之间的相互作用,比较了不同方式下主气流氟原子冻结效率及壁面冷却效果。考虑到DF/HF化学激光器主喷管结构尺寸较小,采用适当间隔的单排圆孔注入是现实可行的,并有望达到较好的冷却保护效果,从而提高激光器运转效率。

HF/DF化学激光器的研究进展

HF/DF激光器作为光电对抗设备的中波红外备选光源受到研究者的普遍关注。本文对HF/DF激光器几十年的发展进行了回顾和分析,并在此基础上对其未来的发展方向进行了预测和探讨。

脉冲HF/DF激光器的高重复频率触发管型气体火花开关

为提升大能量脉冲放电引发非链式HF/DF激光器重复频率运行的稳定性,研制了紧凑型高功率100 Hz重复频率触发管型气体火花开关。利用有限元方法理论分析了开关间隙电场强度分布,优化设计了开关的触发结构;实验研究了开关的触发特性,优选工作在快触发机制下的开关。在此基础上通过调节气压、气流速率、电压和重复频率等实验条件,研究了开关重复频率运行特性,获得了开关重复频率运行的规律。实验结果表明,增大电压和重复频率不利于开关的稳定运行,增加气压和进行吹气可提高开关运行的稳定性。当开关气压不小于0.425 MPa,气流速率约为5 m·s^(-1),电压为-30 kV,重复频率为100 Hz运转时,开关无自放电现象,运行稳定可靠。研制的触发管型三电极气体火花开关应用于放电引发非链式HF/DF激光器,可实现HF/DF激光器100 Hz重复频率连续稳定可靠运转的时间达10 s量级。

连续波DF/HF化学激光器喷管中氟原子复合计算

氟原子是连续波DF/HF化学激光器泵浦反应的重要参与者,其浓度分布尤其直接影响冷反应型激光器的泵浦效率及激射强度。在参与反应之前,氟原子将受到三体复合和壁面复合因素的影响而部分复合为氟分子。研究该因素对氟原子浓度的影响对激光器的分析优化是十分重要的。已有一定的实验方法可对其浓度进行测量研究,并建立了理论模型描述。将其与计算流体力学方法相结合对氟原子分布进行计算,研究了该方法的有效性,并对不同收缩段型面下氟原子复合进行了计算研究。

非链式化学HF(DF)激光器工作气体中电子分离的非稳定性和气体放电等离子体的自组织现象(英文)

报道了放电引发的非链式HF(DF)激光器中的激活介质由电子碰撞负离子分离引起的电离非稳定性。这种非稳性出现在电极空间分离、脉冲CO2激光加热的基于SF6的混合气体的大体积放电中。实验研究了自引发体放电过程中由激光加热引起的放电等离子体的自组织现象以及由此在放电间隙的大部分区域形成的准周期等离子体结构。重点分析了等离子体结构随气体温度和注入能量的变化,讨论了等离子体自组织对电子碰撞分离不稳定性所产生的影响,解释了混合气体中由于电子碰撞使负离子消失导致的单等离子体通道移动的产生机理。

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。

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。

DF化学激光器反应动力学模型的简化及其有效性分析

DF化学激光器涉及到多组分的高速化学反应流,组分、反应方程、速率常数的选择对计算结果有着重要影响。通过对DF化学激光器反应动力学模型的讨论,给出了简化模型的依据,并且分别运用几组简化反应模型进行数值模拟,分析与完全反应模型相比,简化对激光器小信号增益系数和DF激发态分子空间分布的影响。推荐了一个针对(NF3+H2+He)/D2燃料体系,DF化学激光器"冷反应"系统的11组分23方程简化模型,在很大程度上减少了计算量,有利于反应流场数值仿真的编程实现。

DF化学激光窗口低损耗增透膜

表述了ＤＦ激光波段采用ＣａＦ２和硅窗口减反射膜系的结果。分析了设计多层ＡＲ膜的方法并给出用ＺｎＳｅ／ＹｂＦ３和ＺｎＳ／ＹｂＦ３材料组合的双层和五层ＡＲ膜系。计算了各种膜系的理论性能。研究了膜层淀积工艺技术，对于ＣａＦ２和硅窗口，在ＤＦ激光波段实验透过率分别为９９．５４％和９９．８９％，镀ＡＲ膜ＣａＦ２窗口能承受４．３ｋＷ／ｃｍ２的连续波ＤＦ激光辐射。

连续波DF化学激光器光斑上下游光谱测量

通过分析非稳腔DF化学激光器光腔内激光路径特性,指出非稳腔DF化学激光器输出光斑上下游光谱振荡路径不同导致输出光谱存在一定差异。试验测量了一台连续波DF化学激光器光斑上下游光谱,结果表明:非稳腔DF化学激光器光斑上下游光谱主要谱线成分未见显著差异;光斑上下游谱线相对强度存在一定差异;光斑上游各谱带相对强度最大值谱线转动量子数趋向于各谱带低转动量子数方向。根据实测光谱,对光斑上下游光谱所表征光腔温度和相对粒子数范围进行了估算,得到光腔上游平均温度要低于光腔下游平均温度。