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。

用于泵浦非链式HF/DF化学激光器的重复频率电子束发生器研究(英文)

正在研究的1Hz重复频率电子束泵浦HF/DF化学激光器,预期产生的电子束能量为0.5MeV、束流强度为100kA、束流脉冲宽度为100ns。在该系统设计中,使用了一个脉冲变压器来对脉冲成形水线进行双共振充电。脉冲变压器的初级、次级电感与互感分别为331nH,26.5μH与1.9μH。脉冲成形线的电容、电感与阻抗分别为8.15nF,300nH与6.2Ω。脉冲成形线在1MV的峰值充电电压下的击穿因子为0.3。在3.3%的能量转换效率条件下,预期可以产生的HF/DF激光脉冲能量为250J以上。

Lyot型双折射滤波片在DF化学激光器中的应用研究

综合考虑调制深度、调谐率、自由光谱范围、走离角等各项因素,设计了一组Lyot型双折射滤波片,由三块厚度相同的白宝石晶体构成,每个滤波片厚度为9 mm,三块滤波片同光轴方向平行放置。为减小光在滤波片表面的反射损耗,光以布儒斯特角入射透过滤波片组。通过设计光轴与晶体表面的夹角为63°,绕其面法线旋转滤波片组,可以实现从3.6~4.3μm不同波长的可调谐输出。考虑到滤波片的加工误差和入射角度的调节偏差,分别对不同光轴倾角和入射角度进行了计算,可以通过旋转双折射滤波片组实现输出波长的校正。Lyot型双折射滤波片插入损耗小,使用简单,操作方便,有较好的调谐和选频作用,对于研究DF化学激光器众多谱线中的单支或者多支有着十分重要的意义。

小型电激励连续波DF化学激光器的实验研究

对一台小型电激励连续波DF化学激光器进行了实验研究,在光轴位于喷管阵列出口平面下游10mm处和15mm处分别进行了出光实验,得到188.4W和205.8W的DF激光输出,输出激光波长为3.6-4.1μm,激光器的电效率分别为2.3%和2.5%。该小型电激励连续波DF化学激光器长时间（100s）运行的功率稳定性峰谷值和均方根值分别为±1.04%和0.49%,工作状态较为稳定,实验可重复性好,操作方便,是强光条件下镜片膜层吸收系数测量的适用红外激光光源。

采用超音速低温喷管的小型连续波DF化学激光器性能分析

针对一台单喉道的小型连续波DF化学激光器设计指标与实验结果的差别 ,利用数值方法对不同条件的喷管光腔冷流场进行模拟和诊断 ,分析了光腔中的F原子质量百分比浓度、静压和静温分布以及反应流场小信号增益系数分布 ,并与实验光斑定性地进行了比较 ,取得与实验观察一致的结果 ,从而为该小型DF激光器的改进措施确定提供了理论依据。

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。

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。

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。

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。

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。

氟化氘化学激光尾气低温吸附技术研究

本文采用6:1的氮氢混气模拟氟化氘(DF)化学激光器尾气,探索了低温吸附技术用于DF化学激光器尾气处理的可行性,并成功应用于某型DF化学激光器,实现激光器稳定运行50s。低温吸附技术方案具有体积小,重量轻,安全可靠性高、工程性好、运行成本低、无振动噪声等特点,是DF化学激光器尾气处理的新途径。

冷气流引射式小型DF激光器紧凑度分析

对影响冷气流引射式小型DF激光器紧凑度的主要因素进行了分析,以功率-气源体积比作为评价紧凑度的指标,在多种参数条件下对功率-气源体积比进行了计算,结果表明,随着激光器喷管列阵质量流面密度的增加,功率-气源体积比先增大后减小,并在喷管列阵质量流面密度约为3.3 g·s^(-1)·cm^(-2)时取得最大值;在激光尾气参数相同的情况下,提高引射喷管总压可获得更大的功率-气源体积比,但随着引射喷管总压的提高,引射喷管总压对功率-气源体积比的影响逐渐减弱;与氦气做引射工质相比,采用氮气和空气做引射工质可获得更大的功率-气源体积比。

气流化学激光理论研究的若干进展

以超声速HF/DF化学激光和超声速氧碘化学激光(COIL)为代表的气流化学激光(GCL),因其科学意义、军事和工业应用价值,近30多年来得到了突飞猛进的发展.由于超声速膨胀混合流在控制强放热反应动力学和热力学过程方面的特殊本领,使气体动力学在高功率GCL的发展中起着关键性的作用.高功率GCL性能的分析计算自然也沿用非平衡气体动力学的方法,假定气流(包括激光能级分子和原子)为连续介质,谱线为均匀加宽,并联立求解气体动力学方程组,增益动力学和基于光强迭加原则的辐射传输诸方程,称为速率方程(RE)模型. 20世纪70年代后期又提出和发展了GCL性能计算的半气体动理学(SGK)模型,在SGK模型中仍假定气流为连续介质,但同时考虑了激光能级分子微观热运动的贡献,谱线加宽的非均匀加宽效应,并用双参数摄动法求解激光能级分子速度分布函数方程组(即广义Boltzmann方程组),因此SGK模型是一个同时考虑宏观和微观尺度运动的跨尺度模型.本文综述RE模型和SGK模型以及用它们预测GCL性能的若干研究进展,同时简评等增益模型和腔模(模图样)理论研究的一些进展.最后从气体动力学的角度提出一些值得进一步研究的课题.

化学激光在21世纪的发展和应用前景

激光是20世纪60年代物理学的一项重大成果,也是发展最迅速的一门高技术.今天已深入到科学技术、国民经济及社会生活的各个方面,并随着激光电子产品走入家庭.高强度的激光可用于产品工业加工、驱动核聚变甚至用作激光武器.激光使光谱学和化学获得了新的生命力,是研究微观动力学的有力手段.第三代化学激光武器的诞生,标志着激光技术的应用,尤其激光武器方面的应用,在21世纪将有更广阔的发展前景.

CW DF/HF化学激光器性能与流场参数的相互关系

从增益系数、输出功率、激光效率的基本公式出发 ,得到了CWDF HF化学激光器性能对光腔中F和D2 H2反应区流场参数的依赖关系。利用数值模拟结果对该关系进行了验证。给出了提高CWDF HF化学激光器性能的F和D2 H2 反应区流场参数要求 ,为CWDF

连续波DF/HF化学激光器收缩段氦气膜注入式新型喷管的理论研究

连续波(CW)DF/HF化学激光器喷管中一般有近20%的氟原子复合为氟分子,这是影响激光器抽运效率和激射强度的重要因素。尤其是壁面复合反应对氟原子的损耗占主要地位。通过喷管型面设计等方法减少氟原子的复合效果不共明显。结合航空领域中气膜冷却方案设想通过在喷管收缩段位置处注入氦气层,隔离氟原子气流与喷管壁面,实现降低氟原子损耗的目的,同时保护喷管壁面及喉道部分避免过度烧蚀。数值模拟结果显示此方法可同时实现对喷管壁面的冷却保护和有效提高氟原子的冻结效率。但注入的氦气将占据部分气流通道,影响主气流在喷管中的传输。在主气流属性保持不变的情况下,喷管出口平面(NEP)上氟原子绝对流率将下降。针对引入的不足,提出了几种改进方案。

化学激光器燃烧室中的爆轰问题分析

为评估化学激光器燃烧室中爆轰的影响,分析了氟化氘(DF)化学激光器在某次出光实验中燃烧室产生的爆轰问题,采用时空守恒元与求解元(CE/SE)方法对该爆轰过程进行了数值模拟。结果表明,燃烧室中爆轰的产生与传播使得燃烧室瞬态压力剧增,由此产生的振动、冲击和扭矩作用导致光学谐振腔失调,从而影响了激光器的正常出光。研究结果对DF激光器的优化设计及安全运行具有指导作用。

掺杂铝球对分子筛低温吸附N2/D2混气的性能影响

吸附剂的性能是决定低温吸附泵规模的关键因素;本文探索了分子筛中掺杂铝球的方法改善分子筛导热性能并进而提高吸附性能的可能性,结果表明铝球的加入可有效提高分子筛吸附剂对N2/D2混气吸附能力。添加16%的铝球可提高吸附性能5%。

气流方向Z型折叠离轴混合非稳腔研究

提出并研究了一种气流方向Z型折叠离轴混合非稳腔,应用在小型化DF气流化学激光装置中(增益体积为30 mm×40 mm×125 mm),实现了平均功率550 W、光束质量β值1.8(稳定腔方向β值为1.5,非稳定腔方向β值为1.9)、光谱覆盖3680~4089 nm的中红外连续激光输出。该腔在气流方向是平凹稳定腔,并且进行了Z型折叠以减小稳定腔方向上的增益尺寸;在高度方向是正支共焦非稳腔。针对稳定腔方向上远场光斑从高阶横模振荡到基横模振荡的物理过程进行了理论计算与实验研究,光腔振荡的计算结果与实验结果吻合较好。计算与实验结果表明,气流方向Z型折叠离轴非稳腔可用在小型化、紧凑型DF气流化学激光装置中,实现高功率、高光束质量中红外连续激光输出。