化学氧碘激光器的诊断

 将化学氧碘激光器(COIL)本身的诊断分述为流场特性诊断、气流混合诊断、增益介质诊断和光腔诊断, 系统讨论了各种诊断的要求, 并分别讨论了各种诊断的基本原理及方法。     

氧碘激光器化学式碘发生装置的实验研究

针对采用化学式碘发生器的氧碘激光器稳定出光时间较短的情况,通过热力学和化学动力学方面的实验和分析进行了化学式碘发生装置供碘稳定性的研究。分析了物料转化率和反应速率随反应初始温度及反应时间的变化,得到了固相产物的灰层扩散是该反应控制步骤的结论,明确了实验中CuI要大大过量,用氯气量控制碘量的原则,同时确定了适宜的起始反应温度。优化后,在近15 s时间内碘流量变化小于15%,显示出了较好的供碘稳定性,此时CuI的转化率为23%。     

脉冲氧碘化学激光器的动力学模拟研究

根据氧碘化学激光器的反应机理建立了一维预混脉冲出光理论模型,从理论上研究了碘原子密度、单重态氧密度及产率、其他组分密度和光学参量(输出耦合率、增益长度等)对单脉冲能量及脉宽的影响.分析了影响单脉冲能量和激光脉宽的内部动力学过程.讨论了出光过程中增益开关效应.计算的结果为优化脉冲氧碘化学激光器提供了理论依据.     

美国ABL计划的新进展

"ABL"系统是一个非常典型的高能激光应用系统,具有高度机动、高度精确及对目标进行闪电打击的特性,以及对多个目标进行毁灭性打击的能力.该系统能适应各种复杂环境,并能以最小的和可恢复的毁伤实现政治、军事上的双赢.因此, "ABL"系统也是美国投入大量人力、物力优先发展的弹道导弹防御武器系统.介绍"ABL"系统的历史、组成及研制分工,详述其近期的技术进展和战场优异性能.     

可压缩涡中的激光传播

采用一种二维弱可压缩性的轴对称的涡模型,研究单个涡和光波阵面的相互干扰.对于低能量激光,在近场采用几何光学的分析方法.计算受干扰波阵面的光程差以及抖动角,确定通过涡的低密度区后会加速波阵面的变形,单体涡对光束有散焦作用.计算化学氧碘激光(COIL)通过涡之后的斯特列尔比,证明涡强对斯特列尔比有重要的影响.     

氧碘化学激光器中转盘式单重态氧发生器研究

通过对单重态氧发生器（SOG）内的传质、传热及化学动力学过程的研究,提出高效SOG的设计原则,并研制出一台可用于高功率超音速氧碘化学激光器（COIL）的SOG, 其Cl2流量在0.6~1mol/s时,O2(1Δ)分压可达333.3~519.9Pa;O2(1Δ)浓度达到50%~68%;Cl2利用率大于90%;混合气中水蒸汽含量小于10%。     

氧碘化学激光器运行模式对其脉冲化影响的模拟研究

根据氧碘化学激光器的反应机理建立了一维预混脉冲出光理论模型,从理论上研究了气体总压力在660-2660 Pa, 温度在150-400 K区间内对单脉冲能量、脉宽和峰值功率的影响.分析了气体总压和温度对出光特性影响的内在原因. 计算结果表明:增益介质温度对单脉冲能量的影响要远大于对激光脉宽的影响;增益介质温度在150 K, 气体总压在1330 Pa可以获得比温度在400 K,气体总压为2660 Pa时更高的峰值功率. 因此在不干扰超音速流动状态条件下瞬间大量产生碘原子,可以实现高效的脉冲氧碘化学激光器.     

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。     

短波长化学激光系统反射镜研制

 报道了短波长化学激光系统高反射镜的膜系设计、镀膜材料的选取、反射膜制备技术、基板加工、反射镜性能测试和各种膜系反射镜在强激光辐照下的热畸变和损伤。     

方列管型射流式O2（^1△）发生器的COIL出光研究

方列管型射流式O2(^1△)发生器是一种新型高效的氧碘化学激光器(COIL)化学能源供给装置。描述了采用该发生器在COIL上所做的一系列出光实验,这些实验着重于考察该发生器的性能参数及相应的COIL化学效率。结果在Cl2流量为0．25mol／s、无冷阱、稳定腔条件下获得化学效率高达26％。     

燃烧驱动碘激光器点火控制系统的研制

燃烧驱动全气相碘激光器需要通过燃烧产生所需要的氟原子,但是用于点火的脉冲源对微弱信号测试产生了严重干扰。为了解决燃烧驱动点火控制脉冲源对微弱信号测试的干扰,基于燃烧室内气体一旦点燃压力就迅速升高的特点,采用仪表、集成电路等研制了一套具有反馈控制的闭环点火控制系统。对系统的工作原理和硬件组成分别进行了介绍。实验表明,本系统既可以保证系统正常点火,又能保证系统在无干扰的情况下实现测试。     

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%。     

化学氧碘激光器光腔中碘分子浓度的测量

依据Ｂｅｅｒ定律，采用双光路法，利用Ａｒ￣＋激光器的４８８ｎｍ线作为探测激光，对化学氧碘激光器光腔中的碘分子浓度进行了瞬时测量，详细地研究了化学氧碘激光器重要部件之一，激活介质的给体－腆池的工作性能对其他工作参数的依赖关系，并估计了ｋｗ级化学氧碘激光器的最佳氧碘配比约为９０：１．     

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。     

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。     

射流式单重态氧发生器理论模型

 射流式单重态氧发生器(JSOG)是化学氧碘激光器十分重要的能源部分,它主要是通过解气相、液相扩散方程来求解发生器出口的氯的利用率和单重态氧的产率。在实际工作中的射流发生器非常复杂,其扩散方程和边界条件为非线性,非齐次边界条件,非齐次泛定方程组,求解难度较大。通过边界条件,采用试探解的方法,解得氯、总氧、单重态氧的气相、液相扩散方程,得到了氯的利用率,及单重态氧产率的解析解,与实验结果基本相符。     

光腔与扩压器化学反应流场优化数值模拟

氧碘化学激光器（COIL）在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致热堵现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明：通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,热堵塞现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。     

非稳腔氧碘激光器近场杂散光传输特性

氧碘高能激光近场存在较多的杂散光,这些光会严重影响光束传输和光束质量控制。通过对杂散光的产生机理、类型和传输规律的分析和模拟确定了不同类型杂散光的测量方法。利用两个能量计测量了30m通道自由传输时的传输效率,利用测试光阑获得了通道内杂散光角谱曲线和镜面散射光能量。实验表明30m通道自由传输时的能量损失约为5.2%,杂散光的角谱随着传输距离的增加逐渐增大,角谱也会随着光束质量的恶化显著增加。利用角谱曲线可以获得通道内任意位置处光阑上的热负荷,这为高能激光热管理技术奠定了坚实的基础。     

近共振传能放热对氧碘化学激光器性能的影响

在氧碘化学激光器(COIL)中,O2(1Δ)与I的近共振传能反应是一个放热反应;它与水汽等的猝灭放热反应一样会对激射过程产生不利影响,而且是不可避免的。计算了猝灭放热效应对光腔气动特性输出功率的影响。得到了近共振传能放热的大小与粒子数反转和激射的光子数相关,即与光腔内的增益、光场强度分布成正比,故主要发生在激光器的上游区前半部分。模型计算表明,其影响程度大致相当于7%水汽所致的对氧碘化学激光器的影响。完善了氧碘化学激光器理论计算模型。     

氧碘化学激光器废气排放污染评价

氧碘化学激光器运行过程中会将氯气、碘蒸气等有毒有害物质排入大气,对工作场所空气质量和人员健康存在安全隐患。采用点源扩散的高斯模式,建立了小风条件下氧碘化学激光器废气的扩散模型,结合工作场地人员分布情况,计算得到激光器废气排放后15 min内,距地面1.5 m高度、距排放点500 m范围内废气中有毒成分氯气和碘的质量浓度空间分布。根据质量浓度空间分布情况,选取采样点,以Na2SO3溶液作为吸收液对氯气和碘进行了同时采样,并采取离子色谱测量了吸收液中氯离子和碘离子的质量浓度。结果表明：氧碘化学激光器废气排入大气后,氯气质量浓度最高为0.200 mg/m3,碘蒸气质量浓度小于检测方法的检出限0.030 mg/m3,低于国家职业卫生标准规定的最高容许质量浓度限值1 mg/m3。