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     

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。     

Quantum stereodynamics study for the reaction F + HD

This paper studies the quantum stereodynamics of the F + HD(υ = 0, j = 0) → HD + F/HF + D reaction at the collision energies of 0.52 and 0.87~kcal/mol. The quantum scattering calculations, based on Stark-Werner potential energy surfaces, show that the differential cross sections for the HF(υ' = 2) + D and DF(υ' = 3) + H channels are consistent with the recent theoretical results. Furthermore, the product rotational angular momentum orientation and alignment have been determined for some selected rovibrational states of the HF + D and DF + H channels.     

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。     

使用态-态分辨的量子波包方法对Li+HF/DF反应的研究

使用基于反应物坐标的含时量子波包方法,在APW势能面上,计算了碰撞能在0～0.25 eV范围的Li+HF/DF(v=0,j=0,1)反应的积分和微分截面．同时也计算了初始态选择的反应速率常数．计算结果表明,Li+DF和Li+HF反应产物分布基本类似,只是前者产物转动激发态稍微多些．反应物的转动激发对于Li+DF反应影响很小．这两个反应的微分截面都是前向散射为主的,特别是在碰撞能较高时候．产物振转态分辨的积分截面和后向散射随碰撞能而呈现的振荡现象,可以用来指认Li+HF反应中的共振态．Li+HF的反应速率常数在100～300 K几乎不变,而Li+DF的反应速率常数则增长了10倍左右．Li+HF的反应几率和积分截面和以前报道的结果总体符合较好,差别应该是计算收敛性更好所致．     

He-HF(DF，TF)碰撞体系散射截面的理论计算

运用质心变换-拟合的方法,使用Murrell-Sorbie势能函数拟合在对称性匹配微扰理论下精确计算He-HF体系的相互作用能数据,得到了He原子与同位素分子HF(DF,TF)复合物的相互作用势的解析形式. 在此基础上,完成了入射He原子能量分别为50meV,59.5meV,86meV,100meV和120meV时,He-HF(DF,TF)碰撞体系散射截面的密耦计算,获得了弹性、非弹性和总积分截面等信息,并讨论了散射截面的变化趋势及特征. 关键词： He-HF(DF TF)复合物 密耦近似 散射截面 质心偏移     

HF/DF激光传输的大气衰减特性

 大气中的水汽对DF激光主要强线的吸收相对较小，而HF激光的大多数谱线受水汽和CO₂分子等的吸收较大。利用较新的HITRAN96数据库和我国不同地区的气象资料，采用逐线积分法计算了HF/DF 激光的大气衰减情况。所选的谱线中，在合肥地区（年平均）， HF的水汽吸收系数最大值可达到10km^-1的数量级，二氧化碳吸收系数最大可达10^-4~10^-3km^-1量级，P2(8)线吸收最弱；DF激光水汽吸收系数最大值可达到10^-1km^-1,比HF低2个量级，且随高度衰减很快，10km处就到10^-5~10^-4km^-1量级，P2(8)线吸收最弱。在我国，由南向北，由夏季到冬季，水汽浓度减少，大气对HF/DF激光的吸收率也相应地递减。     

直排型DF/HF化学激光器扩压器喉道最佳长度实验研究

 为了研究扩压器喉道长度对直排型连续波DF/HF化学激光器起动特性的影响,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。在无二次流的条件下,通过选用喉道长度不同的扩压器进行实验,分别得到对应的起动压力和工作压力,并将起动压力和工作压力的大小作为评价扩压器喉道长度优劣的依据。实验数据显示,对于该特定结构的直排型DF/HF激光器气流通道双喷管实验模型,扩压器喉道最佳长度为等效直径的17倍。     

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。     

以(真空紫外光+紫外光)-共振加强式多光子游离法侦测交叉分子束之甲基生成物

用 (真空紫外光 +紫外光 ) 共振加强式多光子游离法侦测甲基自由基 .为证明此法之灵敏度 ,实验用交叉分子束反应F +CH4 (CD4 )→HF(DF) +CH3(CD3) ,其绝对灵敏度可达 10 7/cm3.由所得之光谱 ,更精确地得到两个里德堡态 3d2 E″及 3d2 A1′之光谱系数     

连续波HF（DF）化学激光器采用非稳腔的光束质量测量

描述了测量连续波HF(DF)化学激光光束质量的装置。给出了在非稳腔上测得光束质量的结果。     

He-HF（DF，TF）碰撞体系分波截面的理论计算

运用质心变换-拟合方法,使用Murrell-Sorbie势能函数拟合在对称性匹配微扰理论下精确计算He-HF体系的相互作用能数据,得到了He原子与同位素分子HF（DF,TF）复合物的相互作用势的解析形式.完成了入射He原子能量从30 meV至120 meV时,He-HF（DF,TF）碰撞体系分波截面的密耦计算,获得了分波截面等信息,进一步讨论了分波截面的变化趋势及特征,并确定了He-HF（DF,TF）碰撞体系开始产生弹性和非弹性散射的有效相互作用范围. 关键词： He-HF（DF TF）复合物 密耦近似 分波截面 质心偏移     

非链式脉冲HF激光器激光介质净化技术

反应产物基态HF分子对激态HF分子的碰撞弛豫是导致非链式脉冲HF激光器激光能量快速下降的重要原因.为解决该问题,理论分析了3A型分子筛去除基态HF分子的可行性,并开展了实验研究.实验结果表明,在不采用任何激光介质净化技术情况下,激光器重复频率50 Hz出光20s的激光能量下降率高达52%,无法满足高功率重频HF/DF激光器的应用需求.在激光器循环管道中增加3A型分子筛吸附单元之后,激光器连续10余次重复频率50 Hz出光20s的激光能量下降率小于15%,其中首次出光能量下降率仅为7.2%,提高了激光能量稳定性且延长了激光介质使用寿命.3A型分子筛不仅对基态HF分子具有良好吸附效果,而且具有再生活化功能,有望取代非链式脉冲HF激光器激光介质净化技术中常用的化学吸附法.     

超音速氮稀释连续波HF化学激光器小信号增益测量

 以氮为稀释剂的电激励连续波HF/DF化学激光器可以使用低温吸附泵代替传统的机械真空泵和洗消装置,大幅度降低激光器的系统体积和重量。使用小信号增益测量系统对某超音速氮稀释电激励连续波HF化学激光器的增益分布进行了测量。得到了在4种不同激光功率下P₁(4),P₁(6), P₂(4)～P₂(6)谱线的增益系数分布曲线。测得P2(4)为最强增益谱线,最大值为0.1 cm^-1;最强增益位置与最佳光轴位置相符;超音速气流使增益区延伸达2.5 cm。     

F+H2O/D2O→HF+OH反应的准经典轨迹研究：能垒、反应物转动激发和同位素取代的影响 (cited: 4)

在新构建的含旋轨耦合校正的FH₂O基态势能面上,采用准经典轨迹方法详细研究了F+H₂O/D₂O→HF/DF+OH/OD的反应动态学．氢和氘抽取反应经过较低的类反应物过渡态直接发生反应,生成振动激发的HF/DF和内能较低的OH/OD产物．由于新构建的势能面能垒较低,得到的积分反应截面与实验值吻合．但新势能面对产物态分布和模式选择性影响较小．理论计算结果显示H2O的转动态激发对反应有很强的促进作用,说明其与反应坐标耦合紧密．     

HF和DF分子双光子布居转移过程中的同位素效应

通过求解含时薛定谔方程,研究了XF(X=H,D)分子体系双光子共振条件下布居转移过程中的同位素效应.对于这两个分子体系,基电子态上的振动能级v=0和v=2被考虑成初始态和目标态.详细讨论了激光场峰值强度和脉冲持续时间对布居转移过程的影响.脉冲持续时间需要长于860 fs才能保证DF分子体系可以获得较为显著的布居转移几率(大于80%),而对于HF分子体系,该参数只需长于460 fs.与HF分子体系相比,中间态v=1和较高的v=3振动态会对DF分子体系的双光子共振布居转移过程产生更重要的影响.     

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

 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。     

直排型DF/HF化学激光器气流通道模型实验研究

 为了探寻直排型连续波DF/HF化学激光器的起动特性,建立了一套化学激光器气流通道单喷管小型模型实验装置,通过选用不同的气体（冷气流）作为工作介质和不同的扩压器进行实验,分别研究了工作介质的气动参量对模型起动特性和扩压器喉道最小面积的影响,并与1维定常流理论的计算结果作了比较。最后分析了基区对模型起动特性的影响,比较了两种类型基区的差异。实验结果表明:对于直排型连续波DF/HF化学激光器,采用大比热容比、小相对分子质量的介质作为引射气流,喷管出口和基区之间带有一个向内的圆角,对提高DDCL整体性能是有利的。     

直排型连续波DF/HF化学激光器气流通道模型中氮作引射气的相变问题

为了研究直排型连续波DF/HF化学激光器的启动特性,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。以氮和氦作为引射介质,采用两种面积比的引射喷管,进行了启动实验。实验表明,当以氮作为引射介质,采用大面积比的引射喷管进行实验时,实验数据与1维理论计算结果相差很大。分析认为,该次实验中,在引射喷管内剧烈地膨胀后,部分N2已经发生相变,理论计算采用的1维定常流处理法已经不再适用。计算表明,连续波DF/HF化学激光器中的光腔燃料和副稀释剂He不会发生相变,但当以N2作副稀释剂时,副稀释剂喷管面积比不能过大。     

交叉分子束实验研究F+D_2(v=1,j=0)反应（英文）

本文使用交叉分子束方法研究了氟原子和振动激发态氖分子D_2(v=1,j=0)的反应.使用受激拉曼抽运的方法制备了振动激发的D_2分子.实验中未观测到来自于旋轨耦合激发态氟原子F*(~2P_(1/2))与振动激发态D_2分子的贡献.观测到来自于旋轨耦合基态氟原子F(~2P_(3/2))和振动激发态D_2的反应信号,相应的产物DF分子布居于u'=2,3,4,5振动态上.与振动基态反应F+D_2(v=1,j=0)相比,振动激发态反应F+D_2(v=1,j=0)生成的DF产物转动分布更"热".获得了振动激发反应的四个碰撞能在0.32至2.62 kcal/mol范围内的微分反应截面.在最低的碰撞能0.32 kcal/mol下,所有振动态的DF产物都以后向散射为主.随着碰撞能的增加,DF产物的角分布逐渐从后向转移到侧向.测量了DF(v'=5)产物的前向微分散射截面随碰撞能变化的曲线.前向散射的DF(v'=5)信号出现于1.0 kcal/mol.在2.62 kcal/mol碰撞能下DF(v'=5)主要为前向散射.