小型TEA CO2激光器的复合腔注入锁定技术

提出了一种新的小型ＴＥＡ ＣＯ２激光锁定技术－复合腔注入锁定技术，并介绍了它的原理。从理论上分析了复合腔注入锁定激光器的频率特性。给出了复合腔注入锁定试验研究的初步结果。     

光催化二氧化碳还原研究进展

21 世纪以来,随着CO2 为主的温室气体排放量不断增加,寻求新型能源来构建低碳型社会的诉求越来越迫切。其中以太阳能驱动转化CO2 为碳氢燃料的技术,可将CO2 转化成甲烷、甲醇、甲酸或C2+ 等高附加值的碳氢燃料,是实现全球碳平衡的有效途径之一,具有巨大潜力。半导体材料是决定光催化还原CO2 过程进行的重要因素之一,因此探索和开发高效光催化功能材料是当今研究的主要方向。本文综述了近几年来作者课题组在光催化还原CO2 为碳氢燃料方面的重要研究进展,主要涉及TiO2 基系列光催化材料,V、W、Ge、Ga、C3N4 基等系列光催化材料的结构组分调控。     

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。     

全固态激励小型TEA CO_2激光器的研制

基于国产非晶态合金磁芯,研制了采用可控硅开关、脉冲升压变压器、以及两级磁脉冲压缩网络的全固态激励电路系统,并且应用于放电体积为29 cm3,工作气压为100 kPa的电晕预电离小型TEA CO2激光器。讨论了提高系统能量传输效率和减小系统体积的设计方法,并且测量了系统的工作性能以及各部分的能量损失。实验结果表明:磁脉冲压缩网络的能量传输效率大于83%,全固态激励系统的总效率大于75%;连接激光器负载时,输出脉冲的电压峰值约为22 kV,电流上升时间约为100 ns;得到了脉冲能量109 mJ,宽度70ns的激光输出,激光器整体效率约为3.3%。在目前的封离体积与气体循环方式限制下,激光器最大重复频率约为100 Hz,而激励电路部分可以达到400 Hz的工作频率。     

TEA CO2 laser ablation of coronary artery

Summary One of the prerequisites for successful laser angioplasty is the ablation of the atherosclerotic lesions, without thermal or shock-wave damage of the healthy tissue. In this study was evaluated the effectiveness of a TEA CO₂ laser, emitting pulses of the lower TEM mode, 100 ns duration, at a repetition rate of 2.4 Hz, for the ablation of cardiovascular tissue. Normal and atherosclerotic human arteries (post mortem) were irradiated for a range of fluences up to 10J pulse⁻¹ cm⁻². After irradiation, the samples were prepared for histologic examination. The results showed that controlled ablation of normal and atherosclerotic coronary artery can be accomplished with the TEA CO₂ laser, with minimal thermal damage.     

高功率TEA CO_2激光器非稳腔实验研究

为了提高光束质量、压缩光束发散角,利用现有高功率稳定腔TEA CO2激光器进行了非稳谐振腔的技术改造及激光输出试验,非稳谐振腔采用正分支虚共焦型非稳腔方案。为充分研究谐振腔结构参数及激光振荡模体积对输出能量和光束发散角的影响,共设计加工了包含4种放大率、5种模体积的20组非稳腔腔镜组合。在其它参数都相同的试验条件下,进行了非稳腔镜的单脉冲输出对比试验,得到的最大输出能量为14 J,是原平凹稳定腔的70%,而光束发散角只是原平凹稳定腔的1/4。     

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。     

用波动光学研究X射线激光传播与放大过程

采用放大自发辐射模型，利用快速傅里叶变换解傍轴波动方程，考虑衍射，折射和增益饱和，编制了Ｘ射线激光在多靶中传播与放大的波动光学和程序ＸＷＡＶＥ，给出了Ｘ射线激光的空间分布，角分布和空间相干性的结果。计算结果与多靶实验所给出的增益系数和发射角结果相符合。     

脉冲CO2激光器注入锁定特性的数值模拟

扩展了脉冲CO2激光器的多频动力学理论。将多频动力学模型中的光强方程用光场方程代替,建立了脉冲CO2激光器注入锁定的理论计算模型。采用四阶经典龙格库塔(Runge-Kutta)算法,计算了不同注入信号强度和失谐频率下的激光输出功率、瞬时频率和增益系数。研究了注入锁定宽调谐横向激励大气压(TEA)CO2激光器模式锁定的稳定性问题。研究结果表明,当频率偏离谱线中心600 MHz时,为了实现稳定的模式锁定所需要的注入信号强度应比在谱线中心处高出两个数量级。理论结果和已发表的实验数据符合得很好。研究进一步预示:当激光器气压增大至10倍大气压时,对于同样调谐范围所需的注入信号强度仅比在谱线中心处高出10%左右。     

Self-focusing and defocusing of TEA CO2 laser radiation in NH3

We report on the observation of self-focusing and defocusing of TEA CO₂-laser pulses in NH₃. Self-focusing of the 9R(30) CO₂ laser line resulted in a significant spatial narrowing of the laser beam after propagating through a 100 cm long cell containing NH₃ at a relatively low pressure of 1 Torr. Spatial broadening, characteristics of self-defocusing, has been observed for the 9R(16) CO₂-laser line.     

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。     

A plasma effect in injection-mode selection of TEA CO2 lasers

We present experimental evidence obtained by a laser heterodyne technique for a chirp of about 10¹⁴ Hz/s in the cavity resonance during the pulse build-up time of a TEA CO₂ laser. The frequency sweep arises from the refractive-index contribution of the time-dependent electron density in the exciting discharge plasma. The phenomenon provides a mechanism, previously unexplained, for the extended and asymmetric mode selection zone in injection experiments.     

Limits in CW injection-locking of stable resonator CO2 TEA lasers

The performances of CW injection-locking of CO₂ TEA lasers at line center and at ～600 MHz off line center are compared experimentally. Heterodyning of the injection frequency permits one to measure accurately the locking bandwidth as a function of the injected intensity. The minimum intensities needed to obtain reproducible frequency-looking were found to be 0.5 μW/cm² and 0.2 mW/cm² respectively. An analytical approach is described for predicting the tunability of injection-locked stable resonator CO₂ TEA lasers.     

利用四臂腔产生单纵模TEA CO2激光的研究

提出一种新的TEA CO2激光器选单纵模的方法一四臂腔选单纵模.在理论上研究了这种新腔型的反射率的选频特性并预测了其选单纵模的能力.实验中,用此腔型得到了能最达225mJ稳定的单纵模TEA CO2激光输出,且单纵模再现率超过90%.     

相位板偏振偏转角对径向偏振光的梯度力分布的影响

研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。     

双预电离对TEA CO2激光器放电特性的影响

一些低增益弱线CO2激光光谱在分离某种同位素方面是非常有用的。在成比例的混合气体中很难获得这些谱线的输出,须适当提高CO2和N2的含量,但结果给主电极的辉光放电带来了困难。通过对改装后的双预电离放电回路的参量进行调节,实现了对预电离的单独控制,有利于增强预电离效果,使高含量的CO2混合气体的放电和出光成为可能。理论和实验证明了双预电离能较好地改善TEA CO2激光器的放电性能,尤其是有望实现用于分离某些同位素的弱线输出。