高能激光器气动窗口光束质量的评价方法探讨

通过对高能激光器气动窗口的研究现状和应用需求的分析 ,指出建立一套气动窗口光束质量的评价方法是十分必要的。在分析气动窗口工作机理和现有激光光束质量评价因子的基础上 ,提出一种评价气动窗口光束质量的方法 ,即用斯特列尔比来评价气动窗口的光束质量 ,并辅以相对衍射极限因子进行远场直观说明。分析表明 ,此种评价方法是可行的 ,并达到了不受限于气动窗口类别的光束质量评价的要求。

用远场法研究自由旋气动窗口的光学特性

采用Ｈｅ－Ｎｅ激光，对穿过自由族气动窗口的远场聚焦光斑进行图像采集和数 据处理，研究气动窗口对透过其输出通道的激光束所带来的偏转和随机抖动现象，计算分析气 动窗口对激光束发散特性的影响，定义和实验研究气动窗口的光束质量β因子。同时，分析讨 论气动窗口对激光束远场聚焦光斑光强分布的影响，并提出气动窗口光束质量和气动窗口设 计的进一步研究思路。

大密封压比超音速自由旋气动窗口设计与试验研究

介绍了横向超音速自由旋气动窗口设计方法,分析了单级气动窗口难以实现大密封压比的原因。针对气动窗口扩压器入口气动参数分布特点,提出了一种扩压器带端壁吹气的气动窗口设计方案并进行了试验验证,气动窗口密封压比达到了85。结果表明:扩压器入口端壁吹气是一种有效提高气动窗口密封压比的技术措施,内端壁吹气对密封压比影响较大,外端壁吹气对密封压比影响较小。

高能激光器气动窗口光束质量测量方法探讨

根据参考文献 [1]所指出的气动窗口光束质量的评价方法 ,给出几种与其相配套的光束质量实验测量的实用方法 ,并对其进行比较分析。同时给出相应的实验结果 ,为气动窗口的进一步研究提供参考。理论与实验的对比表明 :该方法是可行的 ,并达到了与气动窗口类别无关的评价要求。

自由旋涡气动窗口非对称喷管的设计

对于高能激光器来说 ,晶体材料输出窗口因吸收致热而无法正常工作。自由旋涡气动窗口利用超音速自由旋涡来密封低压的激光腔。本文提出了确定气动窗口所需自由旋涡气动特性的过程 ,讨论了特征线方法在非对称超音速喷管设计中的应用 ,该喷管被用来产生自由旋涡流动。

用哈特曼法研究自由旋涡气动窗口光束质量

利用 37单元哈特曼波前传感器实验研究不同工作条件下不同时刻自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响。将高速 CCD所采集的畸变激光波前传送给高速波前处理机 ,采用模式法对其进行波前重构 ,进而计算给出畸变波前的波像差峰谷值、波像差均方根和斯特列尔比值等相关光学参数随气动窗口工作条件不同的变化曲线。结果表明 ,自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响主要是光束偏转和离焦 ,特别是气动窗口工作在设计状态时 ,其余低阶及高阶像差都比较小 ,能够满足实际需要。哈特曼波前传感器能很好地用于自由旋涡气动窗口对激光波前影响的二维动态测量 ,并能给出波前畸变的各项 Zernike多项式的模式系数得到畸变波前 ,直接为气动窗口与强激光发射系统的对接和波前校正提供数据。

引射式气动窗口的光束质量研究

实验研究了引射式气动窗口喷流引射对输出光束质量的影响，给出了不同引射喷管喉道尺寸下，不同引射喷流滞止压力时的气动窗口光学特性参数，其中包括：Ｓｔｒｅｈｌ强度比，波像差最大值，波阵面形状，均方根值以及调制传递函数。实验表明，除引射喷管喉道尺寸ｄＨ＝２．５ｍｍ，引射喷流滞止压力为０．５ＭＰａ工况外，其它工况时喷流引射对输出光束质量影响很小。

用剪切干涉法测气动窗口流场对光束质量的影响

利用横向剪切干涉仪对测量环境要求不高的优点 ,提出用横向剪切干涉仪测量气动窗口流场对光束质量的影响 ;给出测量原理 ,解决了干涉条纹难以判读的难点。并对稳定工作状态下自由旋涡气动窗口流场对光束质量的影响进行实验研究。以斯特列尔比为评价标准 ,测量给出自由旋涡气动窗口在稳定工作状态下对光束质量的影响程度。结果表明 ,当自由旋涡气动窗口工作在理论设计条件下时 ,对光束质量的影响比较小 。

自由旋涡气动窗口喷管设计研究

根据超声速自由旋涡气动窗口的实现原理以及相关气动设计理论,推导出气动窗口的质量流率公式,得到影响气动窗口质量流率的几个因素,研究了自由旋涡气动窗口喷管设计过程,利用特征线方法设计非对称喷管,得到气动窗口的喷管型面。最后对气动窗口喷管进行了初步数值模拟,模拟结果表明利用特征线方法设计喷管是可行的。

自由旋涡气动窗口设计以及全流场数值模拟

为了解决低腔压大功率气体激光器传统固体输出窗口的热吸收问题,多采用自由旋涡气动窗口替代传统固体输出镜的方法。通常,自由旋涡气动窗口的设计采用无粘特征线方法结合经验修正,扩压段的设计采用理论分析结合经验的方法。基于对气动窗口整个流场的数值模拟来设计气动窗口的研究还不太完善,利用超声速自由旋涡流动结构并结合数值模拟的方法,设计了自由旋涡气动窗口,用数值模拟的方法得到了较理想的扩压段宽度和位置,最后对气动窗口全流场进行了模拟,结果表明自由旋涡气动窗口的设计是可行的。

自由旋涡气动窗口全流场的数值模拟

建立自由旋涡气动窗口全流场仿真模型,对大密封压比气动窗口的全流场展开数值研究,得到自由旋涡气动窗口的流场结构,发现大密封压比气动窗口形成的自由旋涡射流在光束输出通道内无明显的波系结构.根据模拟结果对自由旋涡气动窗口的性能进行优化,对自由旋涡喷管上壁面型线进行二次粘性修正.优化自由旋涡射流场后,激光器输出光束通道内压力分布稳定上升;增加扩压器外端壁吹气1.19MPa、内端壁吹气1.68MPa时,自由旋涡射流总能提高,气动窗口密封压力从37.5torr降低至6torr.该研究结果对自由旋涡气动窗口技术的发展具有参考意义.

超声速自由旋涡气动窗口的设计与实验研究

自由旋涡气动窗口利用非对称喷管产生的超声速自由旋涡射流来密封高能激光器低压的激光腔,通过射流的动量改变来平衡环境与激光腔之间的压力差。提出了一种超声速自由旋涡气动窗口的设计原理和方法,讨论了其设计过程,对该种结构的自由旋涡气动窗口进行了设计和实验测试。测试表明,超声速自由旋涡气动窗口能够按设计参数运行,满足激光腔密封的要求,而且具有良好的光学质量。

自由旋涡气动窗口的光学特性研究

文中讨论了超音速自由旋涡气动窗口的折射率结构 ,对设计的超音速自由旋涡气动窗口射流流场及超音速自由旋涡气动窗口的光学性能进行了数值分析和实验研究。研究了自由涡射流对透射激光产生的气动透镜效应 ,给出了计算和实验结果。

DPIV技术在超声速自由涡气动窗口研究中的应用

超声速自由旋涡气动窗口是利用超声速自由旋涡射流来密封高能激光器低压的激光腔,了解气动窗口的流场结构对提高其气动性能和光学性能是非常重要的。本文采用纳米材料作为示踪粒子,开发了超声速流场的DPIV测试技术,并应用于超声速自由旋涡气动窗口的流动显示和测量。测量的最大流场马赫数为4.21,得到了气动窗口的启动过程和剪切层非线性快速增长的流动图画,获得了超声速自由旋涡射流及其诱导流动的速度场。

超声速自由涡气动窗口剪切层光学性能的优化设计研究

在超声速自由旋涡气动窗口应用中,高能激光束实际上是透过超声速自由旋涡射流的剪切层输出的,激光束会受到剪切层的退化畸变。为了减少这种畸变,优化超声速剪切层光学性能,提出了超声速自由旋涡射流的压力匹配和折射率匹配剪切层的设计方法。提出了两种类型的折射率匹配剪切层的设计方法,讨论了其设计过程。这两种剪切层分别为按照某种比例混合的He/Ar混合气体作为自由旋涡射流的工作气体时的折射率匹配剪切层,以及选用加热到某个温度的干燥空气作为自由旋涡射流工作气体时的折射率匹配剪切层。

超声速自由旋涡气动窗口的气动光学特性计算与分析

笔者讨论了超声速自由旋涡气动窗口的气动结构,对设计的超声速自由旋涡气动窗口射流流场及超声速自由旋涡气动窗口的光学性能进行了分析研究。研究了自由涡射流对透射激光产生的气动透镜效应,给出了计算结果。

自由旋涡气动窗口自适应光学波前校正初步研究

自由旋涡气动窗口能有效地替代高能激光器传统晶体输出镜 ,起到密封激光器低腔压的作用。利用现有的 37单元室内自适应光学系统 ,对自由旋涡气动窗口的输出激光波前畸变进行自适应光学波前校正。给出了自适应光学系统对气动窗口畸变波前的校正原理 ,采用直接斜率法在设计状态下对畸变波前进行了校正实验。结果表明 。

大通光孔径气动窗口光学特性研究

实验研究了引射式大通光孔径气动窗口光学特性。由哈特曼激光光束诊断仪采集的数据给出了激光束通过气动窗口后的Strehl比 ,波像差 ,Zernike多项式各系数。从这些光学特性参数可以分析引射气压、气动窗口结构对通光光束质量的影响。研究表明随引射气压增加使通光光束发散 ,这和环形喷嘴喷出的气流形成的轴向气体密度分布的梯度变大有关。非均匀分布的抽口使波阵面偏斜 ,这会使光束漂移。

喷流引射器对引射式气动窗口性能的影响

提出了的一种纵向喷流气动窗口——引射式气动窗口（ＪＩＡＷ）．研究了不同引射器结构尺寸下该气动窗口密封性能及输出光束质量，其中气动窗口光学性能采用一体化的定量测试设备——Ｈａｒｔｍａｎ激光光束诊断仪测试分析．实验表明，增加引射喷管喉道面积及混合室长度将有助于降低密封压力比和提高密封压力比的稳定性．

扩压器入口面积比对自由旋涡气动窗口性能的影响

针对采用主动式扩压器的自由旋涡气动窗口,实验考察了扩压器入口面积比对扩压器压力恢复性能及自由旋涡气动窗口密封性能的影响。结果表明:入口面积比是影响扩压器压力恢复性能的重要因素;通过优化扩压器入口面积比,可以提高气动窗口密封压比和稳定性。主动式扩压器比传统扩压器具有更小的最佳入口面积比,使气动窗口射流更接近于理想自由旋涡射流;主动式扩压器最佳入口面积比约为2.03。在最佳入口面积比情况下,扩压器内端壁吹气临界驻室压力最低,外端壁吹气压力对密封压力基本没有影响。