NCl（α^1△）泵浦碘原子化学激光综述及可行性分析

自１９９０年 Ｂｏｗｅｒ和 Ｙａｎｇ报告了 ＮＣｌ（α１△）／Ⅰ的传能，引起了人们的极大关注．由 ＮＣｌ（α１△）泵浦Ⅰ原子的全气相化学激光器能否产生和放大以及该体系的相关动力学的研究近几年也广泛展开．本文在综述了有关 ＮＣｌ（α１△）及其与 Ⅰ的传能和发展现状基础上，理论上进行了分析和计算．最后对 ＮＣｌ（α１△）泵浦 Ⅰ化学激光器可行性做了展望并提出具体探索和解决的途径．

化学法生成碘原子应用于氧碘化学激光器的理论模拟

分析了化学法生成碘原子应用于COIL的优缺点,根据化学法生成碘原子的反应体系和氧碘化学激光器的反应机理建立了一维气体流动预混理论模型,从理论上研究了ClO2与NO反应生成Cl原子的产率随反应器压力的变化,加入HI的位置对生成I原子的影响,化学法生成碘原子代替碘分子注入到COIL中的小信号增益沿气流方向的变化,并与加入碘分子时进行了对比。

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。

全气相化学激光体系的直流放电研究

为了提高化学激光体系（AGIL）中F原子的产率．采用直流放电引发方式，对棒式电极的放电特性进行了研究。在对NF3／He混合气体进行解离时，通过选择不同平衡电阻，得到了3kW左右的放电注入功率。用光谱分析仪对F原子产率进行了测量。通过拟合计算可得：一个NF3分子能够解离出1．3～L5个F原子。

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。

化学激光器

TN248.5 2002053414NCl(α~1Δ)泵浦碘原子化学激光综述及可行性分析=Review and possibility of a chemical iodine laserpumped by NCl(α~1 triangle open)[刊,中]/多丽萍,李国富,李健,闵祥德(中科院大连化物所.辽宁,大连(116023))//量子电子学报.—2001,18(5).—385-390综述了有关NCl(α~1Δ)

燃烧驱动全气相化学碘激光燃烧室实验研究

以HF基频激光功率大小作为判断依据,对燃烧驱动全气相碘激光的燃烧室参数进行了考察。实验结果表明,在D_2流量为10～20 mmol/s时,相对燃料D_2而言,NF_3过量30%～70%时可以获得较大的F原子流量,而稀释He的加入不利于F原子的生成;加入足够量的DCl,可以实现F原子全部向Cl原子的转变,为燃烧驱动全气相碘激光器提供了稳定的Cl原子源。

NCl(α)/I全气相碘激光与氧碘化学激光能量提取的分析比较

利用连续流光腔动力学模型,对氧碘化学激光(COIL)和基于NCl(a)-I传能的全气相碘激光(AGIL)的能量提取进行了分析和公式推导,得到了连续流光腔的光子通量解析表达式以及氧碘化学激光光子通量沿流动方向的分布和输出功率的简化计算公式。AGIL的体系较为复杂,不能得到光子通量沿流动方向分布和输出功率的简化计算公式。从能量提取和体积重量效率角度,对氧碘化学激光和基于NCl(a)-I传能的全气相碘激光进行了对比评价。

模拟N2-氧碘化学激光器混合气体脉冲放电实验研究

模拟N_2-氧碘化学激光器(COIL)混合气体对O_2-N_2-CH_3I混合气体进行了脉冲放电实验研究,对混合气体的放电波形、注入能量及放电均匀性进行了探索,得到一些实验结果和实验规律。

燃烧驱动全气相碘激光的小信号增益测试

利用波长可调制的1315 nm二极管激光增益测试系统,对基于HN3反应的D2-NF3-DCl燃烧驱动全气相碘激光进行了小信号增益测试,获得了3×10-5cm-1的小信号增益,并获得了沿流动方向的小信号增益分布情况。正增益的获得,标志着D2-NF3-DCl燃烧驱动全气相碘激光取得了实质性的进展,但就目前的增益水平来讲,进行出光演示尚有一定的困难,需要针对小信号增益进行全面的参数优化,以获得尽可能大的增益信号,而HN3的大流量供给和超音速混合流场的优化是全气相碘激光获得较大增益的关键因素。

基于NCl_3/I_2体系的化学发生碘原子源数值模拟研究

提出了以NCl3分解燃烧产生Cl原子随后与含碘化合物发生作用获得碘原子的技术方法。建立了NCl3/I2燃烧体系的化学反应动力学模型,利用开发的Matlab程序进行了一维数值模拟计算。计算结果表明,I2与NCl3的流量配比对碘原子粒子数密度和产率的影响较大,且存在一个最佳范围,该最佳范围随着总压力的增大而逐渐变小。最优化的碘原子产率随着压力的增大一直在减小,说明较高的压力会损害碘原子的产生效率,因而该方法比较适合直接加入到主气流中进行反应以产生碘原子。当初始压力P0=666.61 Pa时I2与NCl3的初始配比的最佳值为0.62,此时碘原子相对于NCl3的产率为117%,相对于I2的产率为189%。计算结果说明基于NCl3/I2体系发生碘原子是一种比较有效的产生碘原子的途径。

脉冲氧碘化学激光器的动力学模拟研究

根据氧碘化学激光器的反应机理建立了一维预混脉冲出光理论模型,从理论上研究了碘原子密度、单重态氧密度及产率、其他组分密度和光学参量(输出耦合率、增益长度等)对单脉冲能量及脉宽的影响.分析了影响单脉冲能量和激光脉宽的内部动力学过程.讨论了出光过程中增益开关效应.计算的结果为优化脉冲氧碘化学激光器提供了理论依据.

氧碘化学激光器运行模式对其脉冲化影响的模拟研究

根据氧碘化学激光器的反应机理建立了一维预混脉冲出光理论模型,从理论上研究了气体总压力在660—2660 Pa,温度在150—400 K区间内对单脉冲能量、脉宽和峰值功率的影响.分析了气体总压和温度对出光特性影响的内在原因.计算结果表明:增益介质温度对单脉冲能量的影响要远大于对激光脉宽的影响;增益介质温度在150 K,气体总压在1330 Pa可以获得比温度在400 K,气体总压为2660 Pa时更高的峰值功率.因此在不干扰超音速流动状态条件下瞬间大量产生碘原子,可以实现高效的脉冲氧碘化学激光器.

脉冲碘原子激光束二维强度分布的测量

利用OMA-2的非增强二维硅靶探头(Vidicon)测量了脉冲光解碘激光束(1.315μM,10 mJ/脉冲)近场和远场的二维光强分布。

三氯化氮气体喷射自发分解实验研究

在气体流动管中对三氯化氮气体喷射自发分解的现象进行了初步实验研究。在一根长80 cm,直径4 cm的圆柱形石英玻璃管中,用喷嘴向气体流动管内喷射NCl3/He混合气体,观察到了NCl3喷射分解时的红色火焰。测量了火焰光谱并进行了归属,认为该光谱是Cl2(B→X)辐射跃迁。NCl3的喷射自发分解本质上是激波诱导发生的,即分子的动能转化为分子内能而引起的,生成的Cl原子及NCl2自由基与NCl3分子反应,从而得到持续燃烧火焰。实验结果表明了NCl3自发分解反应可代替放电或燃烧作为Cl原子的来源。

碘原子发生技术研究进展

在传统的氧碘化学激光器(COIL)中,一般是直接向单重态氧气流中加入碘分子,通过消耗单重态氧的能量来解离碘分子获得基态碘原子,这种加碘方式在COIL发展中存在着较大的局限性,限制了其小信号增益、输出功率以及化学效率。相反,直接加入碘原子的技术不但可以避免这些缺点,还可以拓宽COIL的应用领域范围,因此碘原子发生技术成为近年来国际上气流化学激光领域的研究热点之一。介绍了放电解离产生碘原子的研究进展和化学法碘原子发生的研究历程以及最新进展,归纳整理了化学法碘原子发生器研究中的关键技术和问题,预测了未来的发展趋势,指出了发展过程中需要解决的问题。

燃烧驱动碘激光器点火控制系统的研制

燃烧驱动全气相碘激光器需要通过燃烧产生所需要的氟原子,但是用于点火的脉冲源对微弱信号测试产生了严重干扰。为了解决燃烧驱动点火控制脉冲源对微弱信号测试的干扰,基于燃烧室内气体一旦点燃压力就迅速升高的特点,采用仪表、集成电路等研制了一套具有反馈控制的闭环点火控制系统。对系统的工作原理和硬件组成分别进行了介绍。实验表明,本系统既可以保证系统正常点火,又能保证系统在无干扰的情况下实现测试。

NO分子对放电产生单重态氧的影响

利用介质阻挡射频放电产生了单重态氧,实验中在放电气体中加入了一定量的NO气体以提高单重态氧的相对产率。通过研究放电出口处单重态氧发光强度与NO流量的变化关系,考查了NO分子对放电产生单重态氧的影响。实验结果表明,NO分子对单重态氧相对产率的提高作用呈现出先迅速增强,继而缓慢达到饱和并略有下降。在所设计的实验条件下,最佳NO流量应为O2流量的3%左右。给出了NO分子对放电产生单重态氧浓度的拟合公式,拟合结果与实验值吻合很好。从化学反应机理上对该公式给出了解释,提出了NO分子猝灭氧原子过程的一种新的可能机理,估算出该过程的速率常数为1.8×10-30 cm6/s。