非链式脉冲DF化学激光器反应动力学模型

依据非链式脉冲氟化氘(DF)激光器的反应机理, 采用速率方程理论, 综合考虑了基态DF分子、D₂分子、D原子、F原子对激发态DF分子的消激发作用, 建立了非链式脉冲DF激光器反应动力学模型. 运用Runge-Kutta法对该模型进行数值计算, 得到了增益区内各组分粒子数密度随时间的变化关系. 进而运用该模型研究了工作气体配比和输出镜反射率对DF激光器腔内光子数密度、 单脉冲能量、脉冲宽度和输出功率的影响, 得到了最佳气体配比和最佳输出镜反射率参数. 采用放电引发方式对非链式DF激光器进行了实验研究, 实验测得脉冲波形及单脉冲能量与速率方程理论模型计算结果基本一致. 本文的研究结果可为非链式脉冲DF激光器的优化设计提供理论参考. 关键词： 脉冲DF激光器 动力学模型 速率方程 数值计算     

非链式脉冲DF激光器的关键技术(英文)

基于化学反应的非链式脉冲DF激光器是产生3.5～4.1μm波段的有效相干辐射光源,具有存储能量水平高等优点。这些优点使得该激光器倍受中红外领域激光研究者的重视。为了更好地提高非链式脉冲DF激光器的输出性能,研制高能量水平的DF激光器,本文详细介绍了自引发大体积放电技术、混合气体配比技术、循环冷却技术等DF激光器关键技术,重点介绍了自引发大体积放电技术。这几种技术将为研制高性能DF激光器提供理论指导。     

非链式脉冲DF激光器的关键技术（英文）

基于化学反应的非链式脉冲DF激光器是产生3.5～4.1μm波段的有效相干辐射光源,具有存储能量水平高等优点。这些优点使得该激光器倍受中红外领域激光研究者的重视。为了更好地提高非链式脉冲DF激光器的输出性能,研制高能量水平的DF激光器,本文详细介绍了自引发大体积放电技术、混合气体配比技术、循环冷却技术等DF激光器关键技术,重点介绍了自引发大体积放电技术。这几种技术将为研制高性能DF激光器提供理论指导。     

TEA CO2激光器均匀场电极的设计

介绍了与此有关的大面积均匀场放电电极的设计以及实验研究结果。无限大平行平板电极两极间的电场分布是均匀的,而现实的问题则是要求在有限的（电极）尺寸条件下实现电场的均匀性设计,因此设计问题转变为放电电极的剖面形状的理论和工程计算问题。根据TEA CO₂激光器工作的实际情况,有针对性地选择Chang氏理论作为设计依据。设计的放电电极实验结果证明,TEA CO2激光器在500HZ高重频脉冲条件下能够连续工作10分钟,在55mm放电电极宽和平坦部分为40mm剖面的平行平板两个主放电极之间实现了大面积稳定的均匀场辉光放电。     

TEA CO2激光器几种放电电极的比较

 从均匀场电极理论出发，计算并讨论了近似Rogowski电极、Chang电极(含紧凑式Chang电极)和Ernst电极的形状、理论电场分布和实际电场分布。对实验室所用的几种电极进行了脉冲放电实验，从而获得了TEA CO₂激光器的放电参数与输出特性，并对这些结果进行了比较和分析。计算表明，在基本参数相同的情况下，Ernst电极具有最紧凑的外形和最佳的均匀电场分布。实验表明，采用近似Rogowski电极的TEA CO₂激光器具有最大放电辉光范围和44 kV的最小放电击穿电压；采用Ernst电极的TEA CO₂激光器具有25 J的最高单脉冲能量和最大17.2%的斜率效率。最后提出了TEA CO₂激光器主电极的选择建议。     

若干放电电极的改进设计与分析

在已用于脉冲放电气体激光器中的近似Rogowski电极、紧凑式Chang电极和Ernst电极的基础上,提出了将近似Rogowski电极金属衬板缩短和削减其中央电极厚度、将紧凑式Chang电极和Ernst电极金属衬板改为绝缘介质衬板,并对Ernst电极参数进行优化的改进型电极结构.设计了这些改进型电极的制造方法,并用模拟电荷法计算了改进型电极表面的电场分布.把均匀场电极的电场理论分布和已使用的电极表面电场分布进行比较,可以看出,这些改进型电极在电场分布和结构上优于已使用的电极.     

TE（A）激光器中放电电极的设计与选择

介绍了TE（A）激光器中Rogowski电极和近似Rogowski电极、Chang电极和紧凑式Chang电极、两类Ernst电极和紧凑式Ernst电极的设计方法。给出了上述放电电极的面型和表面电场分布，简述了制造上述电极的注意事项。在同等电场均匀度和均匀电场分布范围的情况下，对比了保角映射型电极的尺寸大小和电场分布特点。综合放电电极的面型、制造难度、辉光放电实验可知，在要求高能量和高功率的场合下，选择Ernst电极较好；在脉冲激光指标要求一般的场合下，选择近似Rogowski电极较好。     

0.73 J脉冲能量KrF准分子激光器的特性

研制了一台KrF大能量准分子激光器,激光器采用紧凑型Chang电极与紫外火花预电离的结合, 实现了激活区大面积的均匀辉光放电,利用LC反转倍压以及一级磁脉冲压缩技术在放电电容上实现了峰值电压40 kV、脉冲上升时间约为100 ns的高压快脉冲激励。研究了工作气体含量对激光器能量输出的影响,在总气压3.3105 Pa,F2/He, Kr, Ne体积分数比值为1.97∶3.18∶94.85,充电电压27 kV时,得到了738 mJ的单脉冲能量输出,激光近场光斑30 mm14 mm,在充电电压23 kV时,全电效率最高,达到2.0%。     

化学激光器

TN248.5 2004010149 放电引发非链式脉冲HF/DF激光器的研究进展=Statusand prospect of electric-discharge non-chain pulsed HF laser[刊,中]/柯常军(中科院电子学研究所.北京(100080)),万重怡∥激光与红外.—2003,33(4).—304-305,315 介绍了放电引发的非链式脉冲HF/DF激光器30年     

高功率重频电化学HF激光器(英文)

研制了高功率、高重频非链式HF激光器,并研究了脉冲模式和重频模式下在SF6的混合气中增加电极边缘电场强度而不使用其它措施即可实现自持体引发放电的可能性,得到了重复频率为20 Hz,脉冲能量为67 J,转换效率为3%的激光输出。     

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。     

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。     

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

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。     

High power repetitive TEA CO2 pulsed laser

A high power repetitive spark-pin UV-preionized TEA CO₂ laser system is presented. The discharge for generating laser pulses is controlled by a rotary spark switch and a high voltage pulsed trigger. Uniform glow discharge between two symmetrical Chang-electrodes is realized by using an auto-inversion circuit. A couple of high power axial-flow fans with the maximum wind speed of 80 m/s are used for gas exchange between the electrodes. At a repetitive operation, the maximum average output laser power of 10.4 kW 10.6 ??m laser is obtained at 300 Hz, with an electro-optical conversion efficiency of 15.6%. At single pulsed operation, more pumping energy and higher gases pressures can be injected, and the maximum output laser energy of 53 J is achieved.     

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。     

Experimental study of the discharge glow structure in the initial phase of a nanosecond breakdown of an insulating gap

The diffuse phase of high-voltage nanosecond atmospheric-pressure discharges in insulating gaps with a highly nonuniform electric field has been studied experimentally with the purpose of developing methods for protecting power supply equipment from natural and man-caused overvoltages. The structure of the discharge glow in 6- to 12-cm rod-plane gaps has been investigated for five configurations of the rod cathode. It is found that the discharge can exist in different forms and that the occurrence of one or another type of discharge is probabilistic in character. The electric characteristics of the discharge have been studied as functions of the electrode gap length for two types of cathode that provide the preferential development of volume and multichannel discharges. It is shown that the main factors governing the shape of the discharge glow are the distribution of the electric field near the cathode in the voltage growth phase and the dynamics of the accompanying discharge processes.