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。     

化学氧碘激光器尾气主动冷却技术试验

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度,是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法,得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数,并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明,在COIL出光60s试验中,热交换器可以使尾气温度从590K降低到160K,出口截面温度不均匀度小于21K,经过热交换器的气流总压损失小于100Pa。     

引射器用作化学氧碘激光器压力恢复系统的探讨

探讨了引射器在化学氧碘激光器（ＣＯＩＬ）压力恢复系统中的使用问题。为减小引射器的规模而达到较高的扩压比Ｐｒｅｃ／Ｐ′，引射工质应采用分子量和比热比小的气体。提高引射气体的温度及马赫数，也可增加扩压比     

COIL压力恢复系统气流主动冷却技术数值模拟

 引射式压力恢复系统是化学激光系统应用中的一个重要组成部分,为了提高引射器引射效率,减小整个系统尺寸,可以采用主动降低光腔出口气流温度的方法。通过数值模拟,开展了用热交换器降低光腔出口气流温度的研究。给出了混合气体的热物理性质、热交换器建模方法及数值模拟条件,比较了不同条件下热交换器性能的差异,发现由于出口气流密度很低,热交换器的总传热系数、压力损失比常规条件下有较大幅度的减小。此时适当增大椭圆管尺寸,采用高翅片换热管,可以有效地提高热交换器的换热能力。     

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。     

直排型连续波DF/HF化学激光器气流通道模型中氮作引射气的相变问题

为了研究直排型连续波DF/HF化学激光器的启动特性,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。以氮和氦作为引射介质,采用两种面积比的引射喷管,进行了启动实验。实验表明,当以氮作为引射介质,采用大面积比的引射喷管进行实验时,实验数据与1维理论计算结果相差很大。分析认为,该次实验中,在引射喷管内剧烈地膨胀后,部分N2已经发生相变,理论计算采用的1维定常流处理法已经不再适用。计算表明,连续波DF/HF化学激光器中的光腔燃料和副稀释剂He不会发生相变,但当以N2作副稀释剂时,副稀释剂喷管面积比不能过大。     

引射式气动窗口的光束质量研究

 实验研究了引射式气动窗口喷流引射对输出光束质量的影响,给出了不同引射喷管喉道尺寸下,不同引射喷流滞止压力时的气动窗口光学特性参数,其中包括:Strehl强度比,波像差最大值,波阵面形状,均方根值以及调制传递函数。实验表明,除引射喷管喉道尺寸dH=2.5mm,引射喷流滞止压力为0.5MPa工况外,其它工况时喷流引射对输出光束质量影响很小。因此引射式气动窗口可以保证输出高质量的光束。     

高马赫数高压力的氧碘化学激光器阵列喷管的数值模拟

 采用计算流体力学方法,研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流,可以提高光腔出口的驻点压力;高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢,在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合;喷管出口安装大翼片,翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心,光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型,模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明：光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子,光腔中获得了正增益,而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。     

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。     

压力恢复系统扩压器性能初步研究

 在气动和化学强激光器系统研制中，压力恢复系统扩压器设计技术研究具有重要的工程应用价值。介绍了常温空气介质情况下若干型式扩压器试验件的数值模拟和实验研究结果，针对扩压器扩张角大小、壁面之间加隔板和边界层吹气等因素对其扩压性能的影响作了对比分析。初步研究表明：激光器系统的光腔段和压力恢复系统扩压器采用较小扩张角，扩压器内腔宽度方向设置适当厚度的竖隔板，扩压器左右侧壁采用附面层吹气等措施能有效提高扩压器的扩压效率。而由于压力恢复系统扩压器宽高比很大，在扩压器内腔使用水平隔板对扩压效率没有明显提高，并且当扩压器扩张角度很小时，水平隔板反而降低了扩压器扩压效率。     

PID调节器在氧碘化学激光器谐振腔调腔中的应用

 通过对由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个单元组成的PID调节器基本原理的介绍，指出合理设定PID调节器的参数是消除扰动的影响并实现腔镜快速、准确而稳定地移动的关键。实验结果表明，在调腔过程中应用PID技术，提高了静态时谐振腔各腔镜的同心度，而且在一定程度上保证了出光过程中谐振腔内各个腔镜的同心度，使得减小远场光斑的漂移和变形成为可能。     

氧碘化学激光器谐振腔腔镜失调测量与研究

 为保证氧碘化学激光器谐振腔的腔镜失调测量结果的可靠性和准确性，建立了使用自准直仪间接测量腔镜失调的方法。测量结果表明，热辐射是引起腔镜失调并造成光束漂移的主要原因，通过采取措施，可以使腔镜失调明显减小。同时证明了该测量方法是可靠的、合理的。     

二次喉道扩压器对COIL的影响实验

 氧碘化学激光器分别采用二次喉道扩压器和8°扩压器时，对在不同阀门开度下的气流方向的壁面静压曲线和背压曲线，光轴壁面静压曲线，出口总压与上游压比值曲线，输出功率曲线进行了测量。对两种扩压器的数据进行了对比，结果表明：与8°扩压器相比，二次喉道扩压器能够有效隔离扩压器下游气流对光腔的干扰，显著减小捩区长度，并将转捩区控制在扩压器内。在激光器背压升高时，二次喉道扩压器的稳定性更强。     

极高反射率氧碘激光腔镜研制

 报道了反射率大于99.9%的氧碘激光腔镜的研制工艺及其反射率测试结果。对该工艺制作的样品进行了激光损伤实验,实验结果表明能够满足目前COIL激光器的阈值要求。     

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%。     

方列管型射流式O2(1Δ)发生器的COIL出光研究

 方列管型射流式O₂(¹Δ)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% 。     

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％。     

氧碘激光腔内45°入射高反射镜的膜系设计

 从膜层内的驻波场分布和对膜系的相移要求出发，利用倍频的设计思想对氧碘激光腔内45°入射高反射镜进行优化设计，得出了满足对632.8nm和1 315nm双波长高反射，同时在1 315nm处有180°位相延迟的新膜系结构，与传统的设计膜系相比，此膜系大大降低了高折射率层的厚度，薄膜性能有望得到进一步提高。     

环状输出UR90束旋转非稳腔的实验研究

 提出一种适合于高功率超音速横流氧碘化学激光器的环状输出的UR90束转非稳腔,采用FFT 方法模拟了具有非均匀分布的小信号增益时最低阶模的光场强度分布。利用大口径铜蒸汽激光器, 通过实验研究了在放大倍率为1.21和1.13的情况下,环状输出UR90腔正向模与反向模的基本特性, 得到较好的实验结果。     

非均匀增益对激光模式的影响

利用快速傅里叶变换(FFT)法对有正支共焦非稳腔、流动增益介质的化学氧碘激光器(COIL)与二氧化碳激光器的模场进行了数值模拟,在此基础上分析了介质的非均匀增益对激光模式的影响,为新的腔型设计和光束质量的改善提供了依据..