脈沖放電激勵(lì)氧碘化學(xué)激光的數(shù)值模擬.pdf

1、脈沖氧碘化學(xué)激光器(COIL)與連續(xù)波氧碘化學(xué)激光器(CWCOIL)相比，不僅具有連續(xù)波氧碘化學(xué)激光器的優(yōu)勢(shì)，而且自身還具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如激光所能穿透的深度更深、速度更快;具有較高能量的脈沖激光能夠進(jìn)行高效率的拉曼頻移，使激光的波長具有可變動(dòng)性等。由于這些優(yōu)勢(shì)的存在，吸引了美國、俄羅斯、中國、日本等眾多國家的科研人員從事相關(guān)方面的研究。實(shí)現(xiàn)氧碘化學(xué)激光脈沖化的方法有很多，其中脈沖放電瞬間產(chǎn)生碘原子是最有發(fā)展前景的一種激光脈沖化技術(shù)。

2、然而，到目前為止相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究基本上都局限在不同條件下對(duì)外部參量的觀測(cè)上，缺乏對(duì)產(chǎn)生脈沖激光的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究，這使得人們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)存在一定的盲目性。與實(shí)驗(yàn)研究工作相比，相關(guān)的理論模擬工作非常少，在國外，目前見到的唯一報(bào)道是近年Kochetov等人的工作，但他們的模擬采用的是零維模型，因此無法給出放電過程中各種粒子的產(chǎn)生和消失過程等信息，而這些特性對(duì)放電引發(fā)COIL是非常關(guān)鍵的。
　　本文將采用流體力學(xué)和動(dòng)力學(xué)混合模擬方法對(duì)放電引發(fā)脈

3、沖COIL內(nèi)的脈沖放電過程進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。研究內(nèi)容主要包括兩部分，第一部分為CF3I-O2-O2(a1△g)-He混合氣體脈沖放電性質(zhì)的研究，即研究了放電過程中電壓、電流特性，不同粒子密度的時(shí)空分布以及放電機(jī)制等。第二部分主要模擬研究了不同的放電參數(shù)（如電壓、脈寬、氣體配比等）對(duì)產(chǎn)生碘原子和激光效率的影響。研究結(jié)果期望為優(yōu)化放電引發(fā)脈沖COIL實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)脈沖COIL的有效調(diào)控提供理論依據(jù)。
　　模擬結(jié)果表明，CF3I-O2

4、-O2(a1△g)-He混合氣體脈沖放電中存在等離子體鞘層區(qū)和等離子體正柱區(qū)，因而具有明顯的輝光放電特征。脈沖放電生成的碘原子主要來源是高能電子與CF3I的直接碰撞解離反應(yīng)。此外，通過研究放電參數(shù)對(duì)碘原子密度的影響可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)外加電壓幅值和脈沖寬度增加時(shí)，碘原子的密度會(huì)隨之增加。在保持總氣壓和氧分壓不變的情況下，CF3I和He存在一個(gè)最佳的配比，在此配比下，產(chǎn)生的碘原子密度最大并且產(chǎn)生單個(gè)碘原子所需的能量也最少。模擬結(jié)果還顯示，碘原子的密