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。     

TEA CO2激光器非对称电极系统的电场分布

 设计了一种非对称电极,这种非对称电极的阳极是Chang电极或Ernst电极,阴极是由直线和圆弧构成的简单电极。通过比较和分析非对称电极和对称电极的特点发现,非对称电极系统中简单电极的边缘电场起伏最大。采用有限元方法计算了非对称电极系统中的简单电极取不同的直线长度和弧线半径时,非对称电极系统的电场分布,给出了选择非对称电极系统中的简单电极参数的依据。结果表明：这种非对称电极系统结合了解析电极和简单电极的优点,通过选择非对称电极系统的简单电极参数,它可以在TEA CO₂激光器中产生边缘电场起伏小于0.06,且满足电极表面均匀场面积宽度要求的电场。     

紫外预电离TEA CO2激光器放电特性的实验研究

 横向激励大气压（transversely excited atmospheric,TEA）CO₂激光器的放电稳定性是决定该类型激光器应用效果的关键因素。通过对采用电感充放电电路的紫外预电离激光器的实验研究，得到了激光器放电动态过程的规律，并发现残余振荡是主放电后发生弧光放电的主要原因。实验中采用不同配比的气体，并对电感充放电电路与改进后的硅堆充放电电路进行了比较。实验结果表明：增加充电电感值可以降低主放电结束后储能电容上的残余电压；而采用硅堆放电电路在主放电后仅有相对幅值很低的稳定残压，两种方案都大幅度抑制了弧光放电的形成，有效地提高了激光单脉冲能量。     

TEA CO2激光器不同放电电路放电过程的比较

 利用像增强CCD相机对脉冲CO₂激光器的放电区进行观测,获得了放电辉光的发展过程,由此研究了长脉冲放电电路和短脉冲放电电路对放电过程的影响。发现普通电容放电电路（长脉冲放电电路）存在与自持放电阶段相对应的二次辉光;采用磁压缩开关的短脉冲放电电路,预电离出现较晚,但预电离辉光峰值和主放电辉光峰值之间间距较短,不存在自持放电阶段,只观测到一次强辉光。长脉冲放电电路与短脉冲放电电路在放电的后期均存在一个阴极位降区形成的过程。短脉冲放电电路有利于产生更窄的脉宽和更高的峰值功率。     

TEA CO2激光器预电离结构电极系统的电场研究

 高功率气体激光器的非对称复杂电极系统中,电极参数的变化以及预电离结构的引入将会使所设计的均匀电场发生具体的改变。采用高精度有限元方法,对这类复杂电极系统进行建模并且计算其电场分布,根据分析结果更合理地指导激光器设计。对一种典型的非对称复杂电极系统TEA CO₂激光器,应用该方法并结合了预电离过程,研究了引入预电离器导体和变化电极形状对电极表面的电场强度起伏和放电空间的均匀电场面积产生的影响。结果表明:通过这种预先模拟,合理选择电极构型参数和预电离结构安装位置,可以产生性质较好的均匀电场以及效率较高的激光输出。     

TEA CO2激光器的电极与放电研究

阐述了目前TEACO_2激光器几种常见电极的设计方法与结构,分别比较了它们的优缺点。用模拟电荷法计算了近似Rogowski电极和Chang电极的电场强度,将计算结果与各自放电实验图片作了对照和分析。计算与实验结果吻合,达到了均匀放电的效果,最后提出了改进建议。     

TEA CO2激光器序列带的输出特性

 采用双光栅谐振腔和增长放电增益区,进行了TEA CO₂激光器弱线输出特性研究。在CO₂,N₂,He气体体积比为0.16∶0.21∶0.63,总压强为57.3 kPa情况下,获得6条11 μm波长附近弱线(序列带和热带)激光输出,谱线脉宽为400 ns左右。研究了011-030带的P19线的输出波形和能量,结果表明：谱线输出能量随光栅中心的位移变化而变化,当光栅中心在放电区中心轴线上时输出最强,最大输出能量达几百mJ。     

注入锁定TEA CO2激光器激光脉冲特性分析

本文在一般的TEACO₂激光器的动力学方程的基础上,给出注入锁定情况下TEACO₂激光器的动力学方程组,并进行数值计算,结果表明,TEACO₂激光器注入锁定激光脉冲宽度比自由运转时的变宽了,脉冲峰值功率降低,而且激光脉冲产生的时间提前,这与实验规律相吻合。     

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激光器非对称电极系统的电场分布

设计了一种非对称电极,这种非对称电极的阳极是Chang电极或Ernst电极,阴极是由直线和圆弧构成的简单电极。通过比较和分析非对称电极和对称电极的特点发现,非对称电极系统中简单电极的边缘电场起伏最大。采用有限元方法计算了非对称电极系统中的简单电极取不同的直线长度和弧线半径时,非对称电极系统的电场分布,给出了选择非对称电极系统中的简单电极参数的依据。结果表明：这种非对称电极系统结合了解析电极和简单电极的优点,通过选择非对称电极系统的简单电极参数,它可以在TEA CO2激光器中产生边缘电场起伏小于0.06,且满足电极表面均匀场面积宽度要求的电场。     

紫外预电离TEA CO2激光器放电特性的实验研究

横向激励大气压（transversely excited atmospheric,TEA）CO2激光器的放电稳定性是决定该类型激光器应用效果的关键因素。通过对采用电感充放电电路的紫外预电离激光器的实验研究,得到了激光器放电动态过程的规律,并发现残余振荡是主放电后发生弧光放电的主要原因。实验中采用不同配比的气体,并对电感充放电电路与改进后的硅堆充放电电路进行了比较。实验结果表明：增加充电电感值可以降低主放电结束后储能电容上的残余电压;而采用硅堆放电电路在主放电后仅有相对幅值很低的稳定残压,两种方案都大幅度抑制了弧光放电的形成,有效地提高了激光单脉冲能量。     

具有同空间特性的双波长可调谐TEACO2激光器

研制成功一种新型双波长TEACO2激光器,激光器在一对横向放电电极之间设置两个空间部分重叠的光栅_平面腔,两光栅沿腔轴一前一后放置,且在空间上交叠,两个腔相互利用,能够输出含有两种波长成分的激光脉冲。输出的同一激光脉冲中两波长激光场在空间上部分重叠,重叠程度和两种波长激光场的能量比均可通过调整前面光栅的水平横向位置加以控制,通过调节两光栅的角度选择所需支线,波长调谐方便且调谐范围较宽。该激光器在分离硼同位素的实验中得到了初步成功的应用。     

TEACO2激光器中气体组分对放电状态的影响

采用自制实时取样系统及四极质谱仪测量ＴＥＡＣＯ２激光器放电过程中气体组分变化，分析了测量结果对ＴＥＡＣＯ２激光器放电状态的影响。     

一种新型TEA CO2激光器的实验研究

设计了一种新型结构的激光器———双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积,更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小,重量轻,输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线,获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线,发现脉冲宽度大约在50~70ns之间变化,研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。