激光器件 化学激光器

TH248.52006010140用吸收光谱法测量COIL的水汽含量=Measurement ofwater vapor content in COIL by absorption spectroscopy at1392nm[刊,中]/赵伟力(中科院大连化物所.辽宁,大连(116023)),王增强…∥强激光与粒子束.—2005,17(7).—1000-1002分析了利用吸收光谱法测量氧磺化学激光器的水汽含量的原理,在氯气流量为0.1mol/s的N2-COIL上进行了测试实验。实验结果显示,在常规工作条件下,由于BHP温度变化所引起的水汽百分含量变化仅为0.1%,可以忽略;水汽含量随稀释气体流量增大而增加,气体流速是引起水汽含量变化的主要原因,实验中应…     

kW级立式氧碘化学激光器的初步实验研究

 实验考察了立式氧碘化学激光器的工作性能。在氯气流量为82 mmol/s,无主稀释气的条件下,输出功率约1.3 kW，化学效率达到16.9％。分别与以氦气和氮气为稀释气的氧碘化学激光器进行了主要参数的比较（He-COIL在氯气流量110 mmol/s时，输出功率为2.4 kW；N_{2-COIL在氯气流量115 mmol/s时，输出功率为2.6 kW；立式氧碘化学激光器在氯气流量115 mmol/s时，输出功率为1.32 kW），结果表明该COIL装置初步实验结果与传统的He-COIL和N2-COIL相比还存在很大差距。但通过对实验结果的深入分析得知，若进一步降低单重态氧发生器的pτres值，缩短超音速喷管中亚音速段的氧碘混合长度或采用超音速段氧碘混合方式，使该立式氧碘化学激光器在无主稀释气的条件下运行且达到与He-COIL和N2-COIL相当的功率水平是可以实现的。}     

横向射流式单重态氧发生器的性能实验研究

 对氧碘化学激光器的单重态氧发生器（SOG）进行了改进，采用横向射流方式，并对该横向射流式单重态氧发生器的性能进行了检测。实验中过氧化氢碱溶液温度控制在－16℃左右,氯气流量为530mmol/s，He与氯气的流量比为3;采用PS法测量单重态氧分子的产率,吸收法测量氯气的利用率和相对水含量。得出如下结论:在不使用冷阱和分离器的情况下，最高单重态氧分子产率达到58%, 氯气利用率在80%以上,相对水含量小于等于0.5;气体达到最大流量时,发生器仍然能稳定地工作。     

BOXCARS测量燃烧场的温度

 介绍了用BOXCARS技术测量CH₄/air火焰的温度。给出了甲烷气体不同流量下和火焰不同高度处的温度测量结果，分析了温度随甲烷气体流量变化和火焰高度变化的变化趋势，根据实际的实验参数计算了相应的空间分辨率。实验结果表明：利用BOXCARS技术可进行高精度、高空间分辨的温度测量。     

电激励O2（a1Δg）发生器的实验研究

 在纯氧，及氧气和氩气的混合气体情况下，对射频放电产生O₂（a¹Δg）进行了实验研究。射频频率为13.56MHz，额定功率500W，放电压力133.0~399.0Pa， 氧气流量最大为1.4mmol/s， 氩气流量为2.1mmol/s。研究了O₂（a¹Δg）产率随气体流量、放电气压以及混合气体放电条件的变化。O₂（a¹Δg）产率最大值约为17.5%。     

红外差分光学吸收光谱技术测量环境大气中的水汽

研究了基于红外差分光学吸收光谱技术的环境大气中的水汽测量方法. 所用实验装置由自制的非分散红外多组分气体分析仪改装而成, 根据HITRAN数据库提供的线强参数,采用Voigt展宽线型和方法,并考虑温度、 气压及仪器函数的影响,计算出了水汽反演波段的有效吸收截面. 将反演的水汽浓度与非分散红外分析仪的测量结果进行了实时对比, 得到了较好的测量一致性,测量相关系数为0.93347. 为今后采用红外DOAS技术测量其他在紫外可见波段无吸收或仅有弱吸收的气体 (如CO₂, CH₄, CO, N₂O等)提供了可借鉴的解决方案.     

NCl(a1Δ)/I（2P3/2）传能体系的实验研究

 利用微波放电Cl₂/He等离子体作为Cl源，对反应NCl(a¹Δ) + I(²P_3/2)→NCl(X³Σ) + I(²P_1/2)进行了实验研究，得到了较大的I(²P_1/2)自发辐射荧光信号，检测到NCl(a¹Δ，b¹Σ)自发辐射荧光光谱在存在少量I(²P_1/2)下发生的显著变化，其中NCl(a¹Δ)自发辐射荧光信号降低，同时由于I(²P_1/2)的作用，NCl(b¹Σ)自发辐射荧光信号大幅度增加。在考察各反应气体流量对I(²P_1/2)自发辐射荧光信号的影响时发现，在本次实验条件下，各种气体的最佳流量：He为1～4mmol/s, I₂为0.01～0.03mmol/s, Cl₂为1.0mmol/s左右,而HN₃流量略大于Cl₂流量时信号升高幅度开始变缓，约为Cl₂流量的两倍时信号不再有显著的变化。     

自发拉曼光谱法测量O2(1Δ)产率中氯气荧光干扰的消除

利用自发拉曼光谱法测量O₂(1Δ)产率的过程中发现O₂(1Δ)和O2(³∑)拉曼光谱上叠加有氯气荧光光谱, 严重影响了O₂(1Δ)产率的测量. 为此,利用气体分子的拉曼光谱具有偏振特性,而荧光光谱没有偏振特性的特点对测量O₂(1Δ)产率的自发拉曼光谱法进行了改进. 实验结果表明,这一改进可有效消除氯气荧光干扰,使单重态氧发生器在氯气利用率为88%时的O₂(1Δ)产率可很容易地被确定为(42.4±7.4)%.     

以氮气为载气的千瓦级COIL的初步实验研究

 首次在氯气流量为110mmol/s、采用方列管型射流式O₂(¹Δ)发生器(SPJSOG)以及列阵式超音速氧碘混合喷管的COIL装置上，以氮气替代氦气作为载气进行出光实验研究。初步实验获得1.8kw的激光输出功率以及18%的化学效率。     

重频XeF(C-A)蓝绿激光器中XeF2浓度的监测与控制

 介绍了采用光谱吸收法实时监测重复频率XeF(C-A)蓝绿激光器中XeF₂气体浓度的原理和控制XeF₂气体浓度的方法；给出了监测窗中XeF₂气体浓度与激光器气室中的XeF₂气体浓度之间的关系，获得了在不同主/载气路气流量条件下激光器气室中XeF2气体浓度值，通过调节主/载气路的气流量实现了对激光器腔室内XeF₂气体浓度的控制，保证了XeF(C-A)蓝绿激光器1 Hz重频运行。     

P2O5和H2SO4射流脱除单重态氧气流中的水汽

为提高化学氧碘激光的性能,用五氧化二磷(P2O5)和硫酸(H2SO4)射流进行了单重态氧气流中的水汽脱除实验。实验结果表明:在约4 kPa压力、20 m/s流速和5 ms停留时间的气流状态下,P2O5和H2SO4射流可将水汽含量分别降低至原来的约1/5和1/16,发烟硫酸甚至可降至约原来的1/90,而且对单重态氧的猝灭很小。P2O5和H2SO4都是极佳的常温射流除水剂。     

冷射流方法脱除单重态氧气流中的水汽

为提高化学氧碘激光性能,分别使用-117 ℃乙醇、-110 ℃氟里昂和-45 ℃质量分数为50%过氧化氢冷射流进行单重态氧气流中的水汽脱除实验。实验结果表明:这3种冷射流的除水效果并不显著,乙醇基本上没有任何脱水效果,氟里昂和过氧化氢仅可以将水汽含量分别降低至原来的约1/5和1/4;乙醇和氟里昂因极易挥发而对气流产生严重干扰,并不适合用于除水;只有难挥发的过氧化氢才是合适的候选。     

JSOG中水蒸汽含量的模拟计算

 氧碘化学激光（简称 COIL）系统中，水是影响激光功率输出的最重要的原因之一。气流中的水不仅对激发态碘原子有严重的猝灭作用，另外对碘分子解离、超音速流动特性也有很坏的负面作用。单重态氧发生器的BHP（Basic Hydrogen Peroxide ）溶液是最主要的水蒸汽源。利用传质模型对射流式单重态氧发生器（简称JSOG）中产生的水蒸汽进行了计算，所得的数值结果与实验测量结果基本相符。根据模拟结果，对发生器的设计及实验条件进行了优化。     

用FLUENT软件计算化学氧碘激光流场

用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT，数值研究化学氧碘激光喷管形线，碘喷孔位置， 副流入口压力， O2(1Δ)初始产额，水蒸汽含量以及稀释气体对平均小信号增益系数沿流动方向分布的影响；并对大连化学物理研究所超音速化学氧碘激光的两次实验进行数值模拟，计算结果显示平均小信号增益系数与实验测试的摩尔功率趋势一致。     

碘气流穿透深度和碘流量对COIL激光输出功率的影响

 通过采用Cl₂流量250mmol/s列管射流式氧发生器的COIL出光实验，得到了激光输出功率随碘副气流相对于氧主气流混合穿透深度的变化规律。实验结果表明，穿透深度对激光功率影响较大，存在最佳穿透深度，约为3.16mm,计算的最佳穿透深度与实验得到的最佳穿透深度基本一致。通过逐步改变供碘系统的碘气流流量，测量激光的输出功率，在实验上证实并找到了COIL的最佳碘流量值，约为4.5mmol/s，这一结果比以往文献所登载的最佳碘流量值要确切。     

VICON程序模拟氧碘化学激光器3维喷管流场的可行性探讨

 用VICON程序对化学氧碘激光器(COIL)喷管冷流场进行了3维模拟，得出的计算区几何较准确地反映了模拟装置的几何变化。主气流方向和副气流方向的分点数反映出了此2维平面内的气动特性，对不同流量的模拟结果对比分析得出穿透过度与穿透不够一样，致使主副气流混合不好。对带化学反应的情况进行了模拟，显现出副气流从喷孔出来后穿进主气流的马蹄形结构的变化过程，这些说明VICON程序可用来模拟研究COIL喷管流场特性。     

Chemical oxygen-iodine laser with external production of iodine atoms in CH3I/Ar dc glow discharge

A cw chemical oxygen-iodine laser (COIL) operating in a subsonic mode with a high water content of ～15% and external production of iodine atoms in CH₃I/Ar dc glow discharge has been demonstrated. A straightforward comparison of COIL performance for two cases—conventional, when I₂ was injected in the singlet oxygen flow, and when iodine atoms produced externally together with other discharge products were injected—was made. In the latter case nearly four times increase in output power was observed, suggesting that the relaxation of the energy stored in the singlet oxygen slowed down substantially, when the laser operated using CH₃I/Ar discharge products instead of iodine molecules.     

化学反应与饱和模型对化学氧碘激光性能的影响

 将速率方程（RE）模型与化学动力学模型相结合，讨论了增益饱和模型与化学反应系统对COIL性能的影响。流动为预混的一维模型，考虑了10种成分和21个化学反应，分析计算了未分解碘分子，激发态氧产率，水含量以及温度等因素对COIL性能的影响。计算结果表明，碘流量过多，混合和反应过程中消耗大量能量；碘流量过低，导致粒子数反转和增益过低，对于能量的提取不利。     

无缓冲气COIL扩压器流场数值模拟

 以无缓冲气化学氧碘激光器(COIL)实验器件的数据计算得到的混合喷管出口参数平均值作为光腔入口条件，对6种不同构型的扩压器从光腔入口至扩压器出口的流场进行了数值模拟，得出了各流场参数分布；对不同构型扩压器的流场特点、总压恢复性能进行了分析；研究了扩压器出口背压对流场参数的影响。结果表明：对于主流无缓冲气的COIL，等截面扩压器具有较好的压力恢复性能；增大扩压器出口背压可以使扩压器的压力恢复性能提高，然而，较高的背压使激波串向光腔方向移动，从而使光腔流场受到干扰，影响光腔的光束质量。     

Real Time Gas Flow Control and Analysis for High Power Infrared Gas Lasers

The composition of various gas effluents and their flow parameters viz. flow rate, pressure and Mach number are very crucial in determining the output of high power infrared gas lasers. PC based real time gas Flow Control and Analysis (FCA) System which is the heart of the high power infrared gas lasers such as CO₂ Gas Dynamic Laser (10.6m), Hydrogen Fluoride-Deuterium Fluoride (2.7–3.4m) and Chemical Oxygen Iodine Laser (1.315m) has been developed and successfully tested for its applications in Chemical Oxygen Iodine Laser (COIL). The system has been realized using the state of the art PCI bus based high-speed data processing electronics, a personal computer and electro-pneumatic components. The system has demonstrated its capability of controlling the flow rates in the range of 1-6500 lpm (in case of nitrogen) with a response time of 50 msec which is mainly limited by the response of the electro-pneumatic valves and pressure reducers used in the present system. The developed system also has the potential to monitor, estimate and display various flow parameters at critical locations of the laser system. More than 600 successful power runs of the COIL have been given using the developed FCA system.