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。     

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．     

连续波氧碘化学激光器腔内散射损耗测量

连续波氧碘化学激光是利用化学方法产生的介稳态O_2(~1△)与基态碘原子共振传能,产生波长1.315μm的碘激光。介稳态O_2(~1△)在生成后离开发生器时,带有一定量的水蒸汽,必须冷却除去水分,否则对激光器性能影响很大,但过冷会使水蒸汽变成“冰晶微粒”进入光腔,增加光腔内的散射损耗。本文采用双光路法,利用He—Ne激光器作为探测激光,对O_2(~1△)在冷却过程中是否出现“冰晶微粒”并带入光腔内,造成散射损耗进行了测量,测得的散射损耗小于1％。这说明O_2(~1△)经过冷阱后进入光腔的质量非常好,这个结果也为今后光腔设计提供了一个腔内散射损耗的数据。     

氧碘化学激光器故障诊断技术

为了解决氧碘化学激光器通过常规诊断故障定位困难的问题,采用建立的氧碘化学激光器功率失常故障树模型,结合氧碘化学激光器常用的8个监测参数：碘腔压力、碘文氏管压力、p-t曲线、主氦压力、氯气压力、氧发生器压力、上游压力和光腔压力,提出采用故障树和在线监测参数相结合的办法,基于3法则的判断标准对氧碘化学激光器进行故障诊断,故障诊断正确率达到94.5%,并对出现的故障提出了改进措施。     

氧碘化学激光器新型气帘实验

在氧碘化学激光器中，光腔气流的稳定度表明了反应气流组分在光腔中的稳定浓度分布。浓度越稳定，输出功率越稳定。通过气动光学一体化平台的前期实验，可以明显地观察到在光腔内静压曲线均有一个先升高后降低的过程。这是由于光腔与光腔盒之间有一段空穴，主气流在通过光腔时会在空穴处产生旋涡。光腔盒气帘的作用是为了避免主气流中的介质在出光期间对腔镜造成损伤。     

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。     

氧碘化学激光器增益谱线的实验研究

 利用可调谐二极管激光器为探测光源, 直接测量了氧碘化学激光器的增益谱线的精细结构及其各谱线所占比例。同时用碘原子吸收池标定了六条谱线。     

氧碘化学激光器增益谱线的实验研究

利用可调谐二极管激光器为探测光源, 直接测量了氧碘化学激光器的增益谱线的精细结构及其各谱线所占比例。同时用碘原子吸收池标定了六条谱线。     

基于故障树的氧碘化学激光器故障分析

为方便快捷地查找出氧碘化学激光器故障发生的原因,以氧碘化学激光器常见故障为例,建立了其功率失常的故障树模型,用最小割集理论按下行法对模型进行了定性分析和定量分析。分析表明:氧碘化学激光器7个子系统中,碘供给子系统的可靠性最低,氯气供给子系统次之,这与实际情况相符。计算出的氧碘化学激光器出光不正常发生概率为3.99%,其可靠度为96.01%。     

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%。     

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。     

Advances in the Development of Chemical Oxygen-iodine Laser

Results of three problems investigated on a Chemical Oxygen-Iodine Laser (COIL) in our laboratory are presented in connection with the advanced COIL development in the world. These problems concern: i) A gain modulation on the laser transition in iodine atom, I(²P_1/2) - (²P_3/2), by external magnetic field, and its utilization for a COIL output power stabilization, ii) An evaluation of the Einstein A-coefficient of singlet oxygen, O₂(¹ _g), and its utilization in advanced diagnostics for O₂(¹ _g) determination in COIL operation, iii) A chemically driven iodine atom delivery system for advanced COIL.     

氧碘激光器碘分子荧光光谱的计算机拟合

 用计算机光谱拟合的方法研究了氧碘化学激光器腔内碘分子的荧光光谱,计算结果显示碘分子B态各振动能级的粒子在振动量子数为16的粒子密度最大,且按高斯分布时,数值拟合光谱和实验采集的光谱基本一致。     

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.     

连续波氧碘化学激光器腔内碘荧光光谱研究

利用OMA4首次测量了连续波氧碘化学激光器腔内的碘荧光,观察到了I2（B,ν→V,ν"）(碘分子的B态到X态跃迁)能级跃迁的谱线并给予了归属。     

CW-COIL激光束漂移和光斑的诊断

利用光斑动态分析仪测试技术,对连续波氧碘化学激光器输出的光束不稳定性进行定量诊断,其中包括光束的漂移、低频抖动、光强分布、光斑直径随时间的变化等内容,并初步分析了激光输出不稳定的原因。诊断的结果为激光器的稳定输出及激光—材料实验研究提供了依据。     

超音速氧碘化学激光实验研究

在一台5kW超音速氧碘化学激光器装置上采用转网式单重态氧发生器,在Cl2流量为150mmol/s时输出功率已超过1kW,提出了简化预混的超音速氧碘化学激光理论模型。     

氧碘激光器碘分子荧光光谱的计算机拟合

用计算机光谱拟合的方法研究了氧碘化学激光器腔内碘分子的荧光光谱,计算结果显示碘分子B态各振动能级的粒子在振动量子数为16的粒子密度最大,且按高斯分布时,数值拟合光谱和实验采集的光谱基本一致。     

高能量密度激光器腔镜有限元分析

通过对高能量密度激光器运行过程中腔镜存在的表面及背面吸收热量的有限元分析,得出腔镜表面在不同吸收热流密度和约束条件条件下热变形分布。指出提高腔镜反射率,改变腔镜的基底材料以及优化腔镜的约束条件是显著降低腔镜反射面变形的有效途径。     

Accurate Stabilization of a 3 mW Single-Mode Output He-Ne Laser by Intermittent Frequency Offset Locking to an Iodine Stabilized He-Ne Laser

A high-power, unmodulated frequency standard laser light with low running cost is a powerful tool for industrial measurement involving laser calibration and interferometry in length and shape. To obtain such a laser light, we developed an intermittent frequency offset locked laser (IFOL laser). This laser system, composed of an iodine stabilized He-Ne laser (I₂SL) and a high-powered symmetric three-mode He-Ne laser (HP-3ML, optical output=5 mW), provides two stabilization operational modes: (1) independent mode (I-mode) and (2) slave mode (S-mode). Utilizing the frequency pulling effect, HP-3ML is stabilized at the condition of symmetric three-mode oscillation, and a 3 mW single-mode light with frequency instability of 10^-12 is obtained (I-mode). When the optical frequency deviates from the allowed limit during I-mode, HP-3ML is temporarily offset-locked to I₂SL (S-mode) with frequency resettability of 10^-10 and frequency instability of 10^-12. After completion of the drift reset in S-mode, HP-3ML is stabilized in I-mode again, and then I₂SL is turned off. In a typical case of allowed drift in ±1 MHz, repetitive operation of I-mode for 10 days and S-mode for 5 min was satisfactory. Such an intermittent operation reduces the working time of I₂SL dramatically, resulting in low running cost that enables long-term use in industrial measurement.