封闭空间中易燃混合气体在HF和CO_2激光作用下的燃烧引发(英文)

研究了封闭圆柱石英腔中化学计量CH4∶O2混合气的燃烧试验。使用了非定域脉冲HF激光触发和直接使用脉冲CO2激光器助燃两种引燃方法。第二种引燃方法是使用小剂量的可以强烈吸收脉冲CO2激光辐射的SF6来加热易燃混合气。研究了燃烧过程,并确定了燃烧辉光的谱线特征。试验表明,即使在小体积反应器中,固定数量反应气的快速激光加热也能够极大地加速燃烧进程并达到混合气燃烧的爆炸模式。得到了阈值情况下沿腔轴的初始温度分布。     

天然气在不同初始温度和压力下的燃烧特性研究

利用定容燃烧弹研究了不同初始温度和初始压力下的天然气燃烧特性,分析了初始温度、初始压力和当量比对其燃烧过程的影响.研究结果表明:随着初始温度的升高(300～450 K),天然气质量燃烧速率明显增加,燃烧持续期和火焰发展期显著缩短.随着初始压力的升高(0.1～0.75 MPa),天然气质量燃烧速率明显减慢,燃烧持续期和火焰发展期显著增长.且稀混合气和浓混合气条件下初始温度和初始压力的变化对燃烧持续期和火焰发展期的影响更明显.     

K9玻璃在脉冲CO_2激光作用下的热应力分析

根据已建立的理论模型,计算得到了K9玻璃受脉冲CO_2激光辐照时产生的热应力分布,研究了热应力的时间特征,在分析样品尺寸对损伤结果影响的基础上,提出了K9玻璃抗激光损伤的最佳半径。结果表明:K9玻璃产生的热应力损伤主要由环向应力控制,热应力以热冲击波的形式在样品内传播,大小随时间变化而来回振荡,且激光脉冲结束后比激光作用时间内产生的热应力要大。这说明若样品在激光加热期间产生的热应力不足以造成材料破坏,则有可能会在其后的冷却过程中产生更大的热应力,材料将会在冷却过程中发生破裂。根据样品参数对损伤结果的影响,进一步验证了K9玻璃抗激光损伤最佳半径的通用性。     

紫外激光和压力共同作用下C60-peapod的聚合相变研究

采用气相扩散方法将C₆₀分子填充到单壁碳纳米管(SWNTs)中，制备出高填充比率的豆荚形纳米材料C₆₀@SWNT，又称为peapod.用金刚石对顶砧(DAC)装置获得高压，在高压下同时利用紫外激光处理样品，通过激光和压力的共同作用研究了C₆₀分子在碳管内的聚合相变.在21.5GPa高压下，同时紫外激光(325nm)照射30min后，拉曼光谱表明C₆₀分子在碳管内发生了聚合，形成一维链状O相聚合结构，且该相变是不可逆的. 关键词： 60 peapod')" href="#">C₆₀ peapod 紫外激光 高压 拉曼光谱     

原子激发态在高频强激光作用下的光电离研究

本文通过数值求解动量空间的三维含时薛定谔方程, 研究了原子高激发态在高频激光脉冲作用下, 在电离阈值附近的光电子能谱和两维动量角分布. 研究结果表明: 在该能量范围内, 单光子电离过程的贡献是最主要的. 体系初态的主量子数可以由光电子能谱峰值的位置来确定; 体系初态的角量子数可以通过光电子的两维动量角度分布确定. 在比较宽泛的参数范围内, 这一规律不随入射激光的强度和脉冲时间宽度的改变而改变, 因此原则上可以利用它对原子的初态进行识别. 此外, 还研究了体系的初态为相干叠加态, 光电子动量谱随着叠加态相对相位的变化规律. 关键词： 阈上电离 激发态 高频激光脉冲 两维动量角度分布     

K9玻璃在脉冲CO2激光作用下的热应力分析

根据已建立的理论模型,计算得到了K9玻璃受脉冲CO2激光辐照时产生的热应力分布,研究了热应力的时间特征,在分析样品尺寸对损伤结果影响的基础上,提出了K9玻璃抗激光损伤的最佳半径。结果表明：K9玻璃产生的热应力损伤主要由环向应力控制,热应力以热冲击波的形式在样品内传播,大小随时间变化而来回振荡,且激光脉冲结束后比激光作用时间内产生的热应力要大。这说明若样品在激光加热期间产生的热应力不足以造成材料破坏,则有可能会在其后的冷却过程中产生更大的热应力,材料将会在冷却过程中发生破裂。根据样品参数对损伤结果的影响,进一步验证了K9玻璃抗激光损伤最佳半径的通用性。     

高温超导圆柱在不同脉冲宽度磁场作用下的温度和磁场分析

多脉冲分段冷却磁化技术是获得强俘获磁场的一种有效方法,近年来受到广泛关注,脉冲磁场的幅值和宽度是影响该方法的两个重要因素。文中通过求解基本的超导电磁场和温度场耦合方程,研究了两种不同脉冲宽度情形下脉冲磁化过程中超导体磁场和温度场的变化。结果表明,宽脉冲作用下超导体在磁化过程中温度较低,分布均匀,而且有更多磁通进入超导体。     

外界辐射下浸没在沙床中乙醇燃烧特性的实验研究

本文实验研究了在外界辐射下沙床中的乙醇燃料的燃烧特性,考察了不同辐射量以及沙床粒径的影响.结果表明外界热辐射加速了沙床内乙醇燃料的蒸发,燃烧的强度增强,蒸汽区宽度增加,燃料消耗速率和总燃料消耗量增大.同时燃烧过程中随着沙床粒径的增大,气液共存区宽度变小,燃烧持续时间及总燃料消耗量增大.这些燃烧特性为清除污染以及灭火提供了科学依据.     

紫外Sc2O3薄膜的光学和结构性能表征及其激光作用下的损伤机理

利用电子束蒸发方法,在不同沉积温度 (50~350 ℃)下制备了Sc2O3薄膜。分别用分光光度计,小角掠入射X射线衍射仪和轮廓仪测试了薄膜样品的光谱、微结构和表面粗糙度信息,并用薄膜分析软件Essential Macleod计算了Sc2O3薄膜的折射率和消光系数。结果表明：随着沉积温度升高,Sc2O3薄膜结晶程度增强,晶粒尺寸增大,且较高的沉积温度有利于获得较高的折射率。最后用355 nm,8 ns的三倍频Nd:YAG激光器测试了其激光损伤阈值（LIDT）,最大值为2.6 J/cm2,且阈值与薄膜的消光系数、表面粗糙度、光学损耗均呈现相反的变化趋势。用光学显微镜和扫描电子显微镜表征了该薄膜的破坏形貌,详细分析了薄膜在不同激光能量作用下破坏的发展过程,以及Sc2O3薄膜在355 nm紫外激光作用下LIDT与制备工艺的关系,重点分析了355 nm激光作用下薄膜的破坏机理。     

紫外Sc_2O_3薄膜的光学和结构性能表征及其激光作用下的损伤机理

利用电子束蒸发方法,在不同沉积温度(50~350℃)下制备了Sc2O3薄膜。分别用分光光度计,小角掠入射X射线衍射仪和轮廓仪测试了薄膜样品的光谱、微结构和表面粗糙度信息,并用薄膜分析软件Essential Macleod计算了Sc2O3薄膜的折射率和消光系数。结果表明:随着沉积温度升高,Sc2O3薄膜结晶程度增强,晶粒尺寸增大,且较高的沉积温度有利于获得较高的折射率。最后用355 nm,8 ns的三倍频Nd:YAG激光器测试了其激光损伤阈值(LIDT),最大值为2.6 J/cm2,且阈值与薄膜的消光系数、表面粗糙度、光学损耗均呈现相反的变化趋势。用光学显微镜和扫描电子显微镜表征了该薄膜的破坏形貌,详细分析了薄膜在不同激光能量作用下破坏的发展过程,以及Sc2O3薄膜在355 nm紫外激光作用下LIDT与制备工艺的关系,重点分析了355 nm激光作用下薄膜的破坏机理。     

大功率脉冲TEA CO2激光器配气比对输出的影响

大功率脉冲TEA CO2激光器的放电腔在不同工作气压和不同配气比例条件下对激光器输出能量和电光转换效率均有较大影响,因此,通过充气压力从30kPa到60kPa的改变和配气比例CO₂:N₂＝1:1到CO2:N2＝1:4的变化,可以改变激光器的输出能量,提高激光器电光转换效率。实验结果表明：当CO2:N2的配气比例为1:3时,激光器输出的电光转换效率存在最佳点。在最佳配气比例CO2:N2:He＝3:9:28,总气压40kPa和注入激励电能保持不变的情况下,激光器单脉冲放电时的输出能量为24.6J;激光器高重复频率放电运转时的电光转换效率达16.4％。激光器的最高放电频率可以达到500Hz并且连续稳定运行工作。     

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。     

Design and operation characteristics of a high power transverse flow pulser sustained cw CO2 laser

A transverse flow, transverse discharge cw CO₂ laser in which de discharge is sustained by employing high repetition rate high voltage pulses has been developed. Pulser sustained discharge through electrodes of innovative design provided uniform excitation at electrical input power densities more than 10 W/cc. Laser output power more than 2.5 kW was obtained in a laser gas mixture consisting of 0.5 mbar of CO₂, 16 mbar of N₂ and 38.5 mbar of He. Design details and operational characteristics of this laser are presented.     

基于Mie散射的CO_2激光大气传输特性测量

为了更准确地计算大气透过率,在Mie散射理论基础上,分析了雷达系统设计中需考虑的大气透过率的经验计算公式,指出了该经验公式的不足。考虑大气分析软件MODTRAN自身的优点,采用经验公式和软件计算相结合的方式计算大气透过率,给出了MODTRAN计算结果的修正表达式。在该理论指导下,进行了CO2激光大气传输实验。由于没有考虑大气湍流,理论计算和实验结果存在一定偏差,但不影响本文方法的实用性。实验测量显示,激光器出口处光斑能量抖动比为6.18%,而在50m和1km处能量抖动比分别为8.3%和50.2%,表明随着传输距离增加,能量抖动比增大。除掉激光器本身输出能量抖动外,在50m和1km处由大气传输造成的能量抖动比分别为2.12%和44.02%。实验结果提示,水平传输1km时能量抖动已相当剧烈,所以对更远距离的激光传输,自适应光学补偿显得尤为重要。     

A DC excited waveguide multibeam CO2 laser using high frequency pre-ionization technique

High power industrial multibeam CO₂ lasers consist of a large number of closely packed parallel glass discharge tubes sharing a common plane parallel resonator. Every discharge tube forms an independent resonator. When discharge tubes of smaller diameter are used and the Fresnel numberN ≪ 1 for all resonators, they operate in waveguide mode. Waveguide modes have excellent discrimination of higher order modes. A DC excited waveguide multibeam CO₂ laser is reported having six glass discharge tubes. Simultaneous excitation of DC discharge in all sections is achieved by producing pre-ionization using an auxiliary high frequency pulsed discharge along with its other advantages. Maximum 170 W output power is obtained with all beams operating in EH₁₁ waveguide mode. The specific power of 28 W/m is much higher as compared to similar AC excited waveguide multibeam CO₂ lasers. Theoretical analysis shows that all resonators of this laser will support only EH₁₁ mode. This laser is successfully used for woodcutting     

大功率TEA CO2激光系统的电磁兼容设计

大功率TEA CO2激光系统工作时产生的强电磁干扰主要来源于激光主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁脉冲干扰对激光系统内部及相关外部设备的电子系统具有很大的干扰和破坏作用。对大功率TEA CO2激光系统的电磁干扰进行了分析计算,在此基础上对大功率TEA CO2激光系统进行了EMC设计。硬件设计手段分别采用了对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽、系统合理布局与布线、滤波隔离,软件采用了数据冗余纠错、冗余化操作和数据鉴别等抑噪和纠错技术,有效地抑制了干扰电磁波在系统内外的传播,解决了大功率TEA CO2激光系统EMC问题。结果表明,对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽,系统合理布局与布线、滤波隔离等措施,是抑制电磁干扰,保证激光控制子系统硬件不受损坏的主要手段。软件抗干扰,是硬件抑制电磁干扰措施的补充和延伸,能使激光系统具有很高的可靠性。     

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。     

Experiment determination of after-operating gas compositions in a transverse-flow CW high power CO2 laser

For a high-power CO₂ laser with a close-confined structure, the compositions and ratios of gas mixtures are changed due to electron impacts during the laser-operating period. As a result, the laser performance is gradually degraded, even to non-lasing output. In this paper, three different methods (a chemiluminescence, a titration analysis and a thermal conductivity measurement) are utilized to determine both the compositions and the ratios, according to different thermal and chemical characteristics of the gases. Corresponding experiments are implemented to a typical transverse-flow high-power CO₂ laser after a long-term discharge (around 15 h) with the output power decreased from an initial 3 kW to final 2 kW. There is evidence in the experiments to indicate that CO₂ decreases by 13.2% comparing with an initially optimal content. Also, the produced impurities are mostly CO and O₂ molecules with noticeable concentrations, while nitrogen–oxygen complexes are little in the gas mixtures.     

大功率TEA CO2激光器非稳腔的设计与实验

相比于传统稳腔高功率TEA CO2激光器,如何在不降低功率的基础上,改善其光束质量一直研究者关心的问题。本文在原有稳腔激光器的基础上,设计了三组望远镜虚共焦腔镜,给出了完整的设计过程并进行了理论分析。同时对不同组的非稳腔激光器进行了对比实验研究,结果表明非稳腔能够在保证高单脉冲能量的基础上极大地改善激光远场发散角,其中最佳腔镜组合能够达到单脉冲能量13.7J,其发散角为1mrad（稳腔为2.4mrad）,激光脉宽50ns（稳腔为98ns）。这就为此种类型激光器应用于激光制造领域奠定了基础。