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高能激光器自由旋涡气动窗口的工程设计及其相关研究

高能气动或化学激光器无论是在军事、工业或是科学研究上,其应用越来越广泛。而所有这些应用对激光器的输出功率和输出强激光光束质量的要求也越来越高。然而,由于高能激光器传统的固体输出窗口具有不可避免的部分吸收作用,因此,当输出激光功率很高,或激光器长时间工作时,固体输出窗口就会产生热畸变、甚至炸裂或被击穿,从而影响输出激光的光束质量或使高能激光器根本无法工作。虽然采用各种冷却方法可以部分缓解热吸收所带来的这些问题,但是由于热传递速率的限制和光学加工工艺的限制,使得固体输出窗口已经成为限制高能激光器功率进一步提高的“瓶颈”。由于气体介质具有对电磁辐射选择吸收的特性,而且其击穿功率阈值也特别高,因此为了解决上述高能激光器固体输出窗口的“瓶颈”问题,根据气体介质的这一特性,提出了气体动力学输出窗口(简称为气动窗口,ADW)的解决方案。气动窗口利用对激光器输出波长没有任何吸收作用的特殊气体作为窗口工作介质,并根据气体动力学部分相关原理,能生成  (本文共144页) 本文目录 | 阅读全文>>

《红外与激光工程》2002年03期
红外与激光工程

高能激光器气动窗口光束质量测量方法探讨

1 引 言在分析已有的激光光束质量评价因子[1] 优缺点的基础上 ,根据气动窗口的工作原理和应用特点 ,提出了一套实用的气动窗口光束质量评价方法 ,即以斯特列尔比RS 为主 ,并辅以气动窗口相对衍射极限因子 βADW作远场聚焦能力的直观说明。该方法不但可以很好地解释激光束透过气动窗口后对其远场聚焦能力的影响 ,而且还可以在一定程度上掌握其近场结构 (Δrms) ,因此该标准能客观评价气动窗口的工作性能。在此基础上 ,分析气动窗口光束质量评价的测量方法 ,给出测量原理和测量结果 ,进行对比分析 ,为气动窗口的设计和应用提供参考。2 气动窗口光束质量评价因子RS 的测量由斯特列尔比的关系式[1] :RS ≈ 1- (kΔrms) 2 ≈exp[- (kΔrms) \+ 2 ](1)其中 ,Δrms =∑ni=1[i-]2n , =∑ni=1in (2 )可以看出 ,对RS 的测量必须求得透过气动窗口畸变波前的波像差均...  (本文共6页) 阅读全文>>

《舰船防化》2011年02期
舰船防化

扩压器入口面积比对自由旋涡气动窗口性能的影响

0引言高能化学激光器通常采用红外透过率极高的晶体窗口密封光腔,保证激光束输出。当透过晶体窗口的激光能量密度较高时,材料局部能量吸收产生的热应力会引起晶体窗口畸变,导致光束质量变差[1],甚至可能使窗口破裂。气动窗口作为高能化学激光器强激光的输出窗口,利用高速气体射流密封光腔保证激光束输出,可以彻底解决晶体窗口热效应问题。自20世纪70年代以来,激光工作者开展了各种类型气动窗口的技术研究[2~8],其中自由旋涡气动窗口射流动量变化大,耗气量小[3],射流两侧压力匹配,内部无强激波和膨胀波,光束质量较好,因而逐步成为气动窗口技术的研究热点。扩压器是自由旋涡气动窗口的关键部件,作用是使自由旋涡射流减速增压后直排大气,以维持窗口射流的稳定。目前,在自由旋涡气动窗口技术研究中,人们已对自由旋涡喷管进行了深入的理论分析和实验研究[3,9],而气动窗口中扩压器设计还主要采用经验方法进行,这是因为自由旋涡气动窗口扩压器入口条件比较复杂,入口射流...  (本文共5页) 阅读全文>>

《舰船防化》2011年05期
舰船防化

扩压器入口面积比对自由旋涡气动窗口性能的影响

0引言高能化学激光器通常采用红外透过率极高的晶体窗口密封光腔,保证激光束输出。当透过晶体窗口的激光能量密度较高时,材料局部能量吸收产生的热应力会引起晶体窗口畸变,导致光束质量变差[1],甚至可能使窗口破裂。气动窗口作为高能化学激光器强激光的输出窗口,利用高速气体射流密封光腔保证激光束输出,可以彻底解决晶体窗口热效应问题。自20世纪70年代以来,激光工作者开展了各种类型气动窗口的技术研究[2~8],其中自由旋涡气动窗口射流动量变化大,耗气量小[3],射流两侧压力匹配,内部无强激波和膨胀波,光束质量较好,因而逐步成为气动窗口技术的研究热点。扩压器是自由旋涡气动窗口的关键部件,作用是使自由旋涡射流减速增压后直排大气,以维持窗口射流的稳定。目前,在自由旋涡气动窗口技术研究中,人们已对自由旋涡喷管进行了深入的理论分析和实验研究[3,9],而气动窗口中扩压器设计还主要采用经验方法进行,这是因为自由旋涡气动窗口扩压器入口条件比较复杂,入口射流...  (本文共5页) 阅读全文>>

《强激光与粒子束》2010年12期
强激光与粒子束

扩压器入口面积比对自由旋涡气动窗口性能的影响

高能化学激光器通常采用红外透过率极高的晶体窗口密封光腔,保证激光束顺利输出。当透过晶体窗口的激光能量密度较高时,材料局部能量吸收产生的热应力会引起晶体窗口畸变,导致光束质量变差[1],甚至可能使窗口破裂。气动窗口作为高能化学激光器的输出窗口,利用高速气体射流密封光腔保证激光束输出,可以彻底解决晶体窗口热效应问题。自20世纪70年代以来,开展的各种类型气动窗口的技术研究中[2-8],自由旋涡气动窗口射流动量变化大,耗气量小[3],射流两侧压力匹配,内部无强激波和膨胀波,光束质量较好,因而逐步成为气动窗口技术的研究热点。扩压器是自由旋涡气动窗口的关键部件,作用是使自由旋涡射流减速增压后直排大气,以维持窗口射流的稳定。目前,人们已对自由旋涡喷管进行了深入的理论分析和实验研究[3,9],而气动窗口中扩压器设计还主要采用经验方法进行,这是因为扩压器入口条件比较复杂,入口射流的外侧存在明显诱导气流,内侧存在回流[3];入口射流总压分布均匀,...  (本文共4页) 阅读全文>>

《光子学报》2017年09期
光子学报

自由旋涡气动窗口全流场的数值模拟

0引言随着氟化氘激光器功率的增大,固体窗口对光束的热吸收会导致光束畸变,严重时甚至引起窗口炸裂[1-3],无法满足高功率氟化氘激光器的强激光输出需求.气动窗口逐渐取代固体窗口,成为高能氟化氘激光器强激光的输出窗口[4-6],其中自由旋涡气动窗口由于流场稳定无波系[7-9],对输出光束的影响小,受到越来越多的关注[10-12].guile等采用圆弧研究了自由旋涡气动窗口非对称喷管的设计,但研究停留在喷管的型面设计阶段,国内对于自由旋涡气动窗口的研究起步较晚,20世纪初国防科大的易仕和设计了密封压比1∶20的自由旋涡气动窗口并进行了优化[14-16].现有的氟化氘激光器光腔压力低于20torr,自由旋涡气动窗口的密封压比无法满足实际需要,针对大密封压比的气动窗口,本课题组对自由旋涡喷管及主动式扩压器的总体设计和试验进行了研究[6-7],设计了密封压比达85的自由旋涡气动窗口,但自由旋涡射流内侧对光腔有气体泄漏和回流,针对课题组发现的...  (本文共5页) 阅读全文>>