大功率TEA CO2激光器的脉冲激励电源

为了进行大功率TEA CO2 激光器的研究工作,选用大功率旋转火花开关作为功率开关器件,制作了一种由高压谐振充电电路、高抗干扰的开关触发器、大功率旋转火花开关以及倒空式L-C反转电路等组成的脉冲激励电源。在大功率TEA CO2 激光器的实际工作中进行了测试和评估。实际结果表明,我们研制的脉冲激励电源可以满足大功率TEA CO2 激光器的特殊工作要求。其重复工作频率可以在100Hz～400Hz之间任意设定,输出工作电压可达40kV～50kV,电源平均功率大于220kW,电源峰值功率高达1000MW。     

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。     

大功率TEA CO2激光器旋转火花开关电极烧蚀实验

旋转火花开关系统工作在整个放电回路条件最为恶劣和苛刻的环节中,主要用于实现TEA CO2激光器脉冲放电工作过程的控制。该系统的性能直接决定了激光器的主要技术指标,是关系到激光器能否实现大面积均匀辉光放电的核心关键技术之一。本文介绍了这种旋转开关系统的设计、组成和工作原理,并针对影响开关寿命的放电电极烧蚀问题开展了相应的实验研究工作,有效地解决了旋转火花开关电极的使用寿命问题。实际应用结果显示：旋转火花开关系统不仅完全满足激光器的技术要求,而且稳定脉冲放电工作寿命达到了107次。     

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。     

小型多功能CO2激光器

研制了一种小型多功能CO2激光器。该激光器可以单脉冲、重频或连续方式输出,并可实现输出脉冲频率的编码及波长调谐。激光器谐振腔采用光栅一级振荡,零级输出的工作方式,分别利用声光调Q技术和脉冲放电技术实现了百ns至亚ms量级的脉冲激光输出。详细介绍了该激光器中基于光学角反射器原理设计的光栅调谐定向输出装置,并对其进行了理论计算和论证,实现了不同波长激光的定向、定位输出,获得调谐激光输出谱线超过60条,谱线分辨率优于0.01μm。激光器脉冲重复频率1Hz～10KHz连续可调,输出波长调谐范围9.2μm～10.8μm,激光器连续输出最大功率8W,重复频率1KHz时最小激光脉宽180ns,峰值功率4062W。该激光器在激光与物质相互作用科学领域,特别是激光对物质作用与破坏机理的研究方面具有重要的应用价值。     

新型脉冲CO2激光器预电离测量参量研究

对5 kW横流CO₂激光器脉冲预电离过程进行理论分析和实验研究.表明了预电离过程中电子密度的重要作用,它能为下一步的主放电提供良好的条件.结果表明理论分析与实验结果相符合.     

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。     

液态CO2高温高密度状态方程研究

 利用二级轻气炮作冲击加载手段，采用自己建立的低温靶，比较系统地研究了液态CO₂的冲击压缩行为。在20～60 GPa压力区获得六个新的Hugoniot数据点。根据这些实验点，采用液体统计力学理论和化学平衡方法，重新优化获得一组CO₂－CO₂，CO₂－O，CO－O作用势参数。分析表明，引起体系在25 GPa以上区域冲击软化现象的主要机制是CO₂离解反应，CO₂—→CO+O。     

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。     

压缩CO2中聚合物玻璃化转变温度的实验研究

 玻璃化转变温度（T_g）是聚合物重要的特性参数，压缩CO₂环境中聚合物的玻璃化转变温度的测定，更是超临界流体技术在聚合物科学领域中成功应用的前提条件。根据蠕变柔量实验原理，自建一套测定高压环境下玻璃化转变温度的实验装置。利用该装置对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）以及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）在大气中及压缩CO₂环境中的T_g进行了测定。设定实验的平衡吸附温度为室温，平衡吸附压力范围分别为：PET，0~3.5 MPa；PS，0~11.0 MPa；PVC，0~9.0 MPa；PMMA，0~4.5 MPa。在大气中测定的结果与文献中的结果相吻合，表明所设计的实验方法及实验装置是可靠并有效的，可用于高压环境下聚合物的玻璃化转变温度的测定。从压缩CO₂中的聚合物T_g测定结果可以看出，CO₂对聚合物具有较明显的溶胀、增塑作用，可显著降低聚合物的T_g。     

封闭空间中易燃混合气体在HF和CO2激光作用下的燃烧引发

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。     

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 sequential discharge TEA CO2 laser with high repetition rate and high output power

In this paper, a novel excitation method named as sequential discharge is realized in a two-module TEA CO₂ laser by using a special rotating spark gap. It is demonstrated that the repetition rate and the output power of a laser can be multiplied through this method. For the two-module TEA CO₂ laser in the experiment, the repetition rate is 300 Hz and the average power is 356 W when each module discharges; the repetition rate is 600 Hz and the average power is 713 W when the two modules discharge sequentially.     

色散SiO2/TiO2薄膜组成的Fibonacci序列一维光子晶体在可见光波段的传输特性

用特征矩阵法研究了由正常色散SiO₂/TiO₂薄膜组成的Fibonacci序列一维光子晶体在可见光波段的传输特性,并与无色散时的传输特性做了对比。结果表明,随序列项数的增加,相应的前一序列的透射谱中透射率较低的凹带逐渐变成禁带,禁带数增加;初始介质是低折射率的SiO₂薄膜时比高折射率的TiO₂薄膜时各序列的透射谱中的禁带数多,各禁带的宽度和中心波长基本相同;在总厚度一定的条件下,随SiO₂薄膜的厚度增大（TiO₂薄膜的厚度减小）,禁带的宽度减小,禁带的中心波长基本不变;随入射角增大,禁带的中心波长向短波方向移动,禁带宽度变小。在其它相同条件下,无色散时的最宽禁带和最宽禁带的中心波长比有色散时的最宽禁带和最宽禁带的中心波长都有增加。     

高功率TEA CO2激光器两波长激光切换输出技术

以TEA CO2激光器通常采用的平-凹光学稳定腔为基础,提出了一种新的波长选支方法——输出窗口镀膜选支方法。利用一台高平均功率TEA CO2激光器进行了选支实验研究,结合现有光学镀膜技术,得到了中心波长为9.3 μm的激光单谱线输出,其单脉冲能量及平均功率与激光器原中心波长10.6 μm单谱线输出的相应参数基本相当。研究发现,以相同单脉冲能量激光照射热敏纸时,中心波长9.3 μm激光光斑与中心波长10.6 μm的明显不同。同时,还设计出两波长窗口密闭免调切换装置,在一台激光器上实现了10.6,9.3 μm两个中心波长激光同等功率水平的免调切换输出,切换位置误差小于5″,密封性能满足使用要求。