电激励氧碘激光器研究最新进展

氧碘激光是由激发态O2(1D)与基态碘原子近共振传能来实现的。传统的氧碘化学激光器(COIL)采用气液化学反应来产生O2(1D)。一种全气相、更安全易行的基于电激励O2(1D)发生器的氧碘激光器是当前国际上的研究热点。通过对最新文献的综述分析,归纳整理了电激励氧碘激光器(EOIL)研究中的关键问题所在,并对未来发展趋势及需要解决的问题等进行了分析总结。

板条射频放电产生单重态氧实验研究

通过考察各种放电状态及气流条件下发生器内外物种的自发辐射谱,发现光谱峰值强度与对应物种浓度成正比。分析了主要的等离子体动力学过程,了解了单重态氧及其它物种的浓度变化规律。考察了α放电和γ放电两种不同的放电方式。发现在α放电状态下,体系中有较少氧原子等淬灭性粒子,更有利于O2(1Δ)产生。加入He,有效地降低了气体体系的离子化阈能和约化场强,约化场强最小时,产生的O2(1Δ)浓度最大,相较于纯氧放电,O2(1Δ)浓度提高一倍以上。考察了腔外各物种浓度的变化,O2(1Δ)离开放电腔后浓度稳定,沿距离减少较慢,有益于出光。优化了本系统的放电极间距,极间距太大或太小,都不利于单重态氧的产生。

放电激励产生单重态氧的实验研究

对射频放电产生单重态氧进行了实验研究,在不同掺杂物种、不同电极间距、不同稀释配比的情况下,研究了单重态氧相对产率的变化规律,分析了单位氧流量注入能量对单重态氧产率和电效率的影响。实验表明,NO和Hg蒸气的加入,使放电产生单重态氧的相对产率都有显著的提高。随着电极间距的缩小,可以实现高气压工作,放电总压可以达到22.6 kPa,氧气分压超过了4.0 kPa,产率方面也有大幅度提高。单位氧流量注入能量在150~400 J/mmol时,单重态氧产率比较高;电效率较高的区域对应的单位氧流量注入能量在150 J/mmol左右。

放电参数对电激励产生单重态氧影响的理论研究

对于O2,O2/He,O2/Ar等的气体放电过程,进行了玻尔兹曼方程的计算求解,获得了电子能量分布函数、平均电子能量、能量利用效率等参数。计算结果表明,获得的电子能量分布函数呈现出典型的非麦克斯韦型分布,这说明在较低的电场强度下不宜采用麦克斯韦型分布的电子能量分布函数。在同样的约化场强(E/N)下纯氧放电的平均电子能量最低,加入载气He和Ar后平均电子能量增加。同样氧气含量的O2/He和O2/Ar混合物,其平均电子能量随着约化场强的变化曲线存在一个交叉点,当E/N较小时,O2/Ar的平均电子能量较高,而当E/N较大时O2/He的平均电子能量较高。添加NO气体对击穿场强影响不大,因此在放电气体中引入NO,降低电离能进而降低约化场强E/N并不是提高单重态氧产率的主要因素。当氧气中含有15%的单重态氧O2(a1Δ)时对平均电子能量有一定的影响,但并不显著。纯氧放电的最佳约化场强为10Td,随着O2含量的降低,最佳约化场强也逐渐降低。平均电子能量随着放电频率的变化先是有一个平台期,然后开始一直下降。用于激发O2(a1Δ)的电子能量利用效率随着放电频率的变化在E/N不同时有所不同,10Td时一直下降,但50Td时则呈现出先上升后下降的趋势,存在着一个最佳放电频率,300K、1333.22Pa时的最佳放电频率为10GHz。