High repetition rate TEA CO_2 laser with randomly coded wavelength selection

High repetition rate transversely exited atmospheric pressure (TEA) CO2 laser with randomly coded wavelength selection is suggested. The laser wavelength is tuned by a Fabry-Perot (F-P) etalon of low fineness, whose space interval is controlled by a piezoelectric transducer (PZT). A digital controlled programmable voltage source is introduced to vary the voltage applied on PZT so as to swiftly shift the laser output wavelength pulse by pulse. Detailed theoretical analysis is carried out by six-temperature mode rate equations.     

光栅选线TEA CO2激光快速调谐技术研究

已研制了一种新型的采用直驱交流伺服电机的光栅选线TEA CO2激光器快速调谐系统,介绍了该系统的构建和设计,包括激光器快速调谐系统的硬件构成、软件设计及系统的运行流程,并进行了初步的实验研究。     

基于调谐TEA CO2激光推进的研究

针对大气呼吸模式激光推进,采用可调谐TEA CO2激光器,选取CO2激光光谱中00^01～10^00带和00^01～02^00带中增益较强的四支潜线10P（20）、10R（12）、9P（28）及9R（14）进行了实验研究。实验结果表明,在大气呼吸模式激光推进中,空气的击穿阈值随激光波长的增大而降低．激光波长对飞行器获得的冲量耦合系数没有明显的影响。     

大气中激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验研究

研究了激光与铝靶相互作用过程中,大气中激光功率密度与铝靶获得的冲量耦合系数的关系,通过改变激光聚焦在靶面上的光斑大小,得到冲量耦合系数与激光功率密度的关系。实验结果表明,当入射激光功率密度为3.47×106W/cm2时,铝靶获得的冲量耦合系数最高。该入射激光功率密度最佳值与理论计算值6.14×106W/cm2符合得较好。用激光支持爆轰波(LSDW)与固体靶相互作用的二维模型理论计算得到的冲量耦合系数与实验结果比较,二者趋势相同,定量比较有较大差别,原因是所用激光光斑面积偏大,不能按照该理论的点爆炸模型来计算。     

空气中激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验(Ⅱ)

为了研究大气条件下,正焦移距离对冲量耦合系数的影响,采用能量为15.7(16%)J 的激光脉冲聚焦于铝靶前端,通过改变激光焦点距离靶面的位置,获得了冲量耦合系数与正焦移距离的对应关系。结果表明脉冲激光在与大气环境中的铝靶相互作用时,靶面通过能量转移获得的冲量耦合系数与激光焦点距离靶面的位置呈非单调性变化。焦移距离在从0~20 mm 之间变化时,获得的冲量耦合系数从4.4810-5 Ns/J 连续下降到1.6810-5Ns/J,随着焦移距离的进一步增大,冲量耦合系数在20~35 mm 间呈缓慢上升趋势,在35 mm 处升至2.2110-5 Ns/J 后转而下降,在45 mm 处降至1.9110-5Ns/J。文中采用大气中激光支持爆轰波与固体靶面相互作用的二维模型对上述物理过程进行理论计算,获得了与实验结果较为一致的结论。     

长脉冲紫外预电离TE CO2激光器

研制了一台增益体积为1.17 L的长脉冲紫外预电离TE CO2激光器。基于Pulser/sustainer技术,设计了独立可控的双高压开关抽运电路。在激光混合气体比CO2∶N2∶He=1∶2.5∶13,总气压30 kPa时,以6 nF的Pulser电容控制100 nF的Sustainer电容,获得稳定的辉光放电,激光比注入能量达1.607 J/(kPa.L),其中,Pulser能量不到全部注入能量的5%。另外,在保持Sustainer总电容100 nF不变的情况下,设计了两种脉冲宽度略有不同的Sustainer电路,均获得了稳定的辉光放电,实验测量了放电电压、放电电流与输出激光脉冲波形,并分析了Sustainer放电的阻抗特点。激光器采用“Z”形折叠腔结构,输出激光脉冲宽度达20μs,电光转换效率超过12.0%,最大脉冲能量为6.5 J。     

Air-breathing mode laser propulsion with a long-pulse TE CO_2 laser

Air-breathing mode laser propulsion experiment with a long-pulse transversely excited(TE) CO2 laser is carried out,and its ignition problem is solved with the ignition needle of lightcraft.Owing to the ignition needle,an order of magnitude reduction in the ignition threshold is demonstrated.The result is compared with previous study.The momentum coupling coefficient is also measured in the experiment and its dependence upon laser pulse energy(6-14 J) and pulse width(20,32,and 40μs) is discussed.     

铷蒸气激光器3D理论模型的建立及阈值特性模拟

基于三能级速率方程理论,结合惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,利用分步光束传播方法建立了半导体泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)端面泵浦3D理论计算模型,用于模拟研究铷蒸气激光器的泵浦阈值特性。该模型将光束传播、光与物质相互作用独立考虑,利用迭代算法求解。考虑激光器腔内模式与泵浦光模式匹配对阈值特性的影响,模拟了单端泵浦铷蒸气激光器内部的三维动力学过程。在具体算例中研究了模式匹配最佳时,在阈值工作状态下铷蒸气室中的三维粒子数分布,以及沿不同轴线的增益分布。仿真了在最佳模式匹配位置附近,泵浦光模式变化对阈值特性的影响。根据蒸气池中粒子数分布和光场分布具体分析了模式匹配影响阈值特性的机理。同时还模拟了不同长度蒸气池对阈值特性的影响。结果表明,腔参数与泵浦光模式之间存在一定的关系,对于特定的泵浦光模式,存在恰当的腔参数,使得阈值达到最小。     

Air-breathing mode a long-pulse laser propulsion with TE CO2 laser

Air-breathing mode laser propulsion experiment with a long-pulse transversely excited （TE） CO2 laser is carried out, and its ignition problem is solved with the ignition needle of lightcraft. Owing to the ignition needle, an order of magnitude reduction in the ignition threshold is demonstrated. The result is compared with previous study. The momentum coupling coefficient is also measured in the experiment and its dependence upon laser pulse energy （6 14 J） and pulse width （20, 32, and 40 μs） is discussed.