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。     

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。     

以氮气为载气COIL的设计与实验

 根据以氮气为载气的特殊要求，对kW级氧碘化学激光器（COIL）装置的结构进行了有针对性的设计和实验研究。在氯气流量为140mol/s的情况下, 获得了2.6kW的功率, 相应的化学效率为20.4%, 喷管出口能流密度达到了74W/cm²。这一结果达到了以氦气为载气COIL的水平。     

利用混合载气提高COIL化学效率

 为进一步提高氧碘化学激光器效率,提出一种不改变激光器结构,仅变换主副载气的方法。在增益区长度为11.7 cm的激光器上进行实验,以N₂, Ar和CO₂做为氧碘化学激光器的主载气或副载气,对激光器的输出功率和化学效率进行了研究。实验结果表明,平均分子质量改变对主副气流的混合是有利的,因而可以提高激光器的输出效率。当N₂为主载气,Ar为副载气时,激光器输出功率和化学效率最高,分别达到3.09 kW,30.2%。     

利用混合载气提高COIL化学效率

为进一步提高氧碘化学激光器效率,提出一种不改变激光器结构,仅变换主副载气的方法。在增益区长度为11.7 cm的激光器上进行实验,以N2, Ar和CO2做为氧碘化学激光器的主载气或副载气,对激光器的输出功率和化学效率进行了研究。实验结果表明,平均分子质量改变对主副气流的混合是有利的,因而可以提高激光器的输出效率。当N2为主载气,Ar为副载气时,激光器输出功率和化学效率最高,分别达到3.09 kW,30.2%。     

以氮气为载气的碘喷管位置计算

当以氮气代替氦气作为COIL载气时，为提高12以及O2（^1△）的利用率，碘喷管的位置应该向气流下游方向移动，文中就碘喷管的最佳位置进行了计算。     

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。     

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。     

新兴的高能激光器——氧碘化学激光器

氧碘化学激光器是近年来国际上竞相研究的一种高能激光器．概述了氧碘化学激光器的基本原理、阐明了提高Ｏ_２（～１△）化学发生器的效率是提高氧碘化学激光器性能的关键；展望了氧碘化学激光器可能的应用前景，指出工业应用或许是氧碘化学激光器近、中期应用的重要方面；简单介绍了中国科学院大连化学物理研究所有关氧碘化学激光方面的研究工作．     

CRDS技术实时检测COIL中O2浓度的实验研究

首次采用ＣＲＤＳ技术对ＣＯＩＬ工作气体中的Ｏ２浓度进行了实时在线检测，得到了基态Ｏ２浓度随ＣＯＩＬ喷气时间的变化关系，并分析了影响检测灵敏度的原因。     

COIL腔镜薄膜参数实验研究

 利用HITACHI U-4001型分光光度计和基于光腔衰荡光谱的高反射率测量仪对氧碘化学激光器（COIL）输出镜的透过率和高反镜的反射率进行了膜层均匀性、测量重复性、激光辐照等方面的测量和实验研究。实验结果显示：离子束溅射膜的性能比电子枪蒸发膜更为稳定;只要保证镜片存放于干燥处,长时间放置对其薄膜的透过率和反射率均无明显影响。     

稀释气对COIL输出功率的影响

 研究了稀释气进气位置、稀释比以及氮气、二氧化碳、氩气作为稀释气对kW级立式N₂-COIL输出功率的影响。结果表明：主稀释气从发生器进入,有利于输出功率的提高;从发生器出口进入,有利于激光器的稳定。采用不同的稀释气时,输出功率有很大的不同,但是随着稀释比的变化趋势几乎相同。以Ar作为稀释气可以降低超音速段的温度,提高小信号增益系数;据此优化设计激光器,可以提高激光器的输出功率和化学效率。以CO₂气体为稀释气的激光器在低温吸附方面却有着极大的吸引力。对于不同的实验目的和要求,应该选择不同的气体作为稀释气,充分利用气体自身的优势。     

二次喉道扩压器对COIL出光性能的影响

在氧碘化学激光器（cOIL）中，为使激光器气体顺利进入大气，激光器光腔后需要接扩压器对其进行增压，增压后的气体通过引射器或泵抽吸顺利排出。从流动机理看，超音速扩压段的主要功能是降低排气流速，增加排气静压。在扩压器中，超音速气流会通过一系列的激波恢复转变为亚音速。这一段激波恢复区称为伪激波区，伪激波区会随着扩压器背压的改变而前后移动。在背压较高时，激波区会向光腔方向移动，从而导致光腔中的气流产生扰动，影响激光器的正常输出。     

热释放对COIL流场影响的实验

以往氧碘激光装置扩压段的设计是建立在常温定常气流条件下，没有考虑含能粒子的热释放，对于采用真空罐作为压力恢复系统的COIL装置而言，其性能优劣不能完全体现。因为真空罐可保证工作背压很低，光腔和超扩段内基本是超音速流动，静压很低，虽存在热释放造成气流总温的升高，但还可保持光腔和超扩段内静温较低，因此热释放对气流的负面效应没有完全体现。但在高背压条件下(如采用引射器作为压力恢复系统)，超扩段内气流速度减慢，热释放效应得以充分体现。     

千瓦级COIL-UR90实验研究

首次报导了千瓦级化学氧碘激光器（COIL）采用束转动90°环形非稳腔(UR90)的实验结果,测量了输出光斑的近场相位分布及远场强度分布, 当激光输出平均功率为2kW时,光束质量因子b =3~4。     

COIL腔镜高反射率精密测量系统的可靠性分析

 利用光腔衰荡光谱技术，建立了氧碘化学激光器腔镜高反射率的精密测量系统。对用直型衰荡光腔时可能影响测量系统精度的各种因素进行了系统的实验研究。采用直型和折叠型衰荡光腔，检测了氧碘化学激光器高反腔镜在1.315μm的反射率。实验测得COIL凹面高反腔镜反射率为99.770％；平面高反镜反射率为99.917%，测量精度约为10^-5。结果表明，该系统可以精密测量氧碘化学激光器腔镜的高反射率，测量结果精确可靠。     

用吸收光谱法测量COIL的水汽含量

 分析了利用吸收光谱法测量氧碘化学激光器的水汽含量的原理,在氯气流量为0.1 mol/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,实验中应把氯气和氧气的比例控制在4∶1之内。     

用吸收光谱法测量COIL的水汽含量

分析了利用吸收光谱法测量氧碘化学激光器的水汽含量的原理,在氯气流量为0.1 mol/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,实验中应把氯气和氧气的比例控制在4∶1之内。     

千瓦级COIL-UR90实验研究

 首次报导了千瓦级化学氧碘激光器（COIL）采用束转动90°环形非稳腔(UR90)的实验结果,测量了输出光斑的近场相位分布及远场强度分布, 当激光输出平均功率为2kW时,光束质量因子b =3~4。     

高能COIL偏振态的实验研究

通过两块楔镜补充衰减和中性衰减片相结合的能量衰减方法,测得了功率密度为20 W/mm2 COIL的偏振态。采用角反射器作为稳定腔折返装置,提高了激光能量分布的均匀性。激光光束分别以45°的入射角入射到两块楔镜上,被楔镜反射后,垂直通过中性衰减片,最后进入偏振态测试仪。实验结果表明：在腔内没有任何偏振选择器件和不加外部电磁场的情况下,采用折叠式稳定腔的横流双模块氧碘化学激光光束呈现部分偏振性质,而且在出光过程中偏振度逐渐降低。