小型化火花预电离TEA CO2激光器的实验研究

介绍了一种小型化火花预电离高能输出横向激励大气压(TEA)CO2激光器.激光器的主放电电极采取紧凑式Ernst电极,加大了电极间距,增大了激活区体积,从而提高了输出能量.激光器采用火花阵列预电离方式,有利于主放电均匀、稳定.低重复频率下,自由振荡情况下的输出能量可达到2 J.使用单片机控制的光栅调谐后,10P(20)谱线多模输出能量可达到1J,10 P(20)谱线输出脉冲宽度为100 ns.     

H2/NF3燃烧火焰荧光光谱分析及温度分布测量

为了研究燃烧驱动DF/HF化学激光器燃烧室内H₂/NF₃(或D₂/NF₃)的混合燃烧特性,搭建了小型燃烧室平台。采用火焰荧光光谱法对燃烧室内H₂/NF₃燃烧火焰的形状和温度分布进行了测量和分析,光谱测量结果表明：在紫外可见光谱区域,H₂/NF₃燃烧火焰的自发光主要由N₂(B)、NF(b)、NH(A)等电子激发态分子的辐射跃迁产生,其中N₂(B)和NH(A)是燃烧过程中的关键物质成分,其发光强度可以很好地表征火焰燃烧的剧烈程度,可以用于定量测定燃烧火焰的长度;在近红外光谱区域,H₂/NF₃燃烧火焰自发光的光谱主要由HF(v)振动激发态分子的第一泛频振动转动跃迁谱带组成。利用HF(v=2→v=0)谱带的转动结构强度分布,结合电动平移台,给出了火焰温度沿气流方向的分布情况。考察了气体配比系数(NF₃与H     

二维振镜调谐TEA CO2激光器

报道一种快速调谐TEA CO2激光器。该激光器采取紧凑式Ernst电极,火花阵列放电紫外预电离方式,采用二维振镜扫描衍射光栅的方案实现了激光的调谐输出。激光器可输出谱线75支,其中55支谱线输出能量超过1 J,当激光器高重复频率运转时,10P(20)谱线基模能量大于300 mJ,脉冲宽度约为70 ns。这种激光器可以在10 ms内实现9.2~10.8μm范围内任意两条谱线的调谐输出。     

用于化学激光器的腔增强吸收光谱测量

燃烧驱动氟化氢化学激光体系中有一些关键基态物种（如DF等）可用于表征燃烧室工作状态,为了控制HF振动激发态的弛豫过程还需要加入少量的碰撞伴侣物种（如SF6、NH3、H2O等）,另一些关键物种（如NF（a）等）则可能会与HF振动激发态发生传能过程,然而不幸的是这些物种的吸收较小。为了利用吸收光谱对这些弱吸收的关键基态物种进行研究,建立了基于离轴式布局的腔增强吸收光谱装置,该装置由光源部分、谐振腔部分和光电接收部分组成,其中谐振腔部分处于真空仓内。为了验证该装置的性能,测量了痕量氨气和水汽的吸收光谱。实验结果表明:该装置的等噪声吸收系数达到了1.610-8 cm-1,表明该装置可以用于氟化氢化学激光器中关键痕量物种的测量诊断工作。     

基于TDLAS测量HBr化学激光器气体温度

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）,基于吸收光谱的多普勒展宽原理,对D2/NF3燃烧驱动的HBr化学激光器,进行了光腔和扩压段的气体温度测量实验研究。为了有效地测量TDLAS吸收光谱,选用了主气流中吸收系数较大的HF分子（2-0）振动谱带的R2谱线作为研究对象。实验中利用一台中心波长1 273 nm的分布反馈式（DFB）二极管激光器,搭建了一套基于直接吸收法TDLAS的HBr化学激光器气体温度测量系统。通过对HF分子的吸收谱线进行Voigt线型拟合,获得了多普勒展宽宽度,从而给出了光腔和扩压段气体温度。在进行时域频域变换时,使用了一台自由光谱范围（FSR）为1.5 GHz的F-P标准具用于频率校准。实验测量结果表明,光腔温度约为280 K,扩压段温度约为400 K。实验过程中的碰撞展宽和多普勒展宽的比值小于0.1,表明多普勒展宽为主,能够方便地用HF吸收光谱的展宽来监测光腔和扩压段的气体温度。     

小型可调谐单纵模TEA CO2激光器

对在三镜腔中插入法布里-珀罗(F-P)标准具实现单纵模激光输出的方法进行了分析,计算了激光器的输出特性。设计研制了一台单纵模可调谐TEA CO2激光器。采用在三镜腔中插入F-P标准具的方法实现了单纵模激光的调谐输出。当激光器以5 Hz重复频率运转时,得到9P(16)谱线能量大于200 mJ,脉冲宽度约为150 ns。     

小型化高能输出TEA CO2激光器的实验研究

报道了一种小型高能输出横向激励大气压(TEA)CO2激光器.该激光器的主放电电极锆青铜材料制作,采取紧凑式Ernst电极,加大电极间距,增大了激活区体积.使用火花阵列预电离方式,有利于主放电均匀、稳定,且不易产生弧光.低重复频率下,自由振荡情况下的输出能量可达到2.5J.使用单片机控制的步进电机驱动光栅进行调谐,调谐后10P(20)谱线多模输出能量可达到1.2J,10P(20)谱线输出脉冲宽度为90ns.     

采用扫描振镜方式的快调谐TEA CO2激光器

为了研制适用于激光差分吸收雷达(DIAL)的可调谐横向激励大气压(TEA)CO2激光器,利用六温度模型速率方程理论,分析了TEA CO2激光器的动力学特性,计算了激光器的各种输出特性.设计研制了一台高重复频率快调谐TEA CO2激光器,采用共振扫描镜扫描固定光栅的方案实现了激光的快调谐输出.当激光器高重复频率运转时,得到弱支谱线如10P(42)~10P(48)支谱线基横模能量大于100 mJ,脉冲宽度小于100 ns.10P(46)支谱线的远场发散角为2.41 mrad(水平),2.27 mrad(竖直),约为1.6倍衍射极限.实现了任意波长两条谱线在10 ms内快速切换输出.     

NH3的腔增强吸收光谱检测技术

为了研究腔增强吸收光谱技术是否能用于NH₃气体浓度的检测,采用扫描腔长的方法,以分布反馈式可调谐半导体激光器作光源,用两块高反射率平凹透镜（反射率约为99.9%,曲率半径约为1m）组成的光学谐振腔作吸收池,搭建腔增强吸收光谱装置。在34cm长的吸收池内测量NH₃气体分子在1.5μm附近的弱吸收谱线;通过不断增加NH₃气体浓度来改变腔内压强,每充入一次NH₃都测量并保存一次吸收光谱。通过数据处理,分析谱线宽度随气体浓度变化的关系以及吸收度随腔内压强增加的变化情况,发现都能呈现出良好的线性关系,并对残差噪声进行统计分析,得到了3.3×10-8cm-1的最小探测灵敏度。结果表明,高探测灵敏度的腔增强吸收光谱技术,可以实现NH₃气体浓度的测量,并能得到较好的探测精度。     

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%.