TEA CO2激光器的大體積放電研究.pdf

1、高能脈沖CO2激光器由于近年興起的激光推進(jìn)、激光強(qiáng)場(chǎng)物理等應(yīng)用的需求,又一次得到了人們的重視。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、均勻的大體積放電,是獲得高單脈沖能量的必經(jīng)途徑。
　　本文較為詳盡的論述了在大放電體積下TEA(Transversely Excited Atmospheric)CO2激光器的放電理論與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。主要從放電電極、預(yù)電離方式、放電電路、放電發(fā)展過(guò)程和放電發(fā)光光譜分析出發(fā),旨在優(yōu)化放電結(jié)構(gòu),提高高氣壓大體積下的放電穩(wěn)定性。

2、>　　從理論上對(duì)TEA CO2激光器的均勻場(chǎng)放電電極進(jìn)行了研究。利用有限元計(jì)算方法,計(jì)算并討論了均勻場(chǎng)電極中電極面型、電極板安裝結(jié)構(gòu)和電極板厚度對(duì)實(shí)際電場(chǎng)分布影響。根據(jù)放電等離子體輝光分布,認(rèn)為電極表面的電場(chǎng)強(qiáng)度分布,僅對(duì)放電的初始發(fā)展具有影響,而放電區(qū)中央的電場(chǎng)分布以及預(yù)電離強(qiáng)度,對(duì)最終放電區(qū)的均勻性具有決定性的影響。
　　對(duì)影響小信號(hào)增益的各種因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。系統(tǒng)地討論了電路因素(放電區(qū)結(jié)構(gòu)、放電電路、充電電壓等)和非電路

3、因素(氣體成分、工作氣壓、種子氣體等)對(duì)小信號(hào)增益的基本影響規(guī)律。
　　從預(yù)電離技術(shù)和均勻場(chǎng)電極方面綜合考慮,對(duì)預(yù)電離結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。比較了多種電極和預(yù)電離結(jié)構(gòu)組合的放電效果,其中采用近羅可夫斯基電極和緊密排列火花針預(yù)電離的組合方式能夠獲得更寬的放電區(qū)域和更高的小信號(hào)增益。
　　使用放電電壓、電流波形以及放電區(qū)小信號(hào)增益系數(shù)作為評(píng)價(jià)手段,對(duì)Marx高壓脈沖發(fā)生器放電電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析和改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),儲(chǔ)能相同的條件下,M

4、arx高壓脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能極大地影響注入效率。在放電電路中采用峰值電容提高了初始預(yù)電離強(qiáng)度,最佳峰值電容與儲(chǔ)能電容比為Cp/Cs=0.075。最終采用的單級(jí)儲(chǔ)能電容為0.5μF的電阻隔離型三級(jí)Marx高壓脈沖發(fā)生電路,對(duì)無(wú)氦工作氣體,小信號(hào)增益系數(shù)最大可達(dá)3.2％cm-1。
　　為了了解放電的微觀發(fā)展過(guò)程,利用ICCD相機(jī)對(duì)脈沖CO2激光器的放電區(qū)進(jìn)行觀測(cè),獲得了完整的放電輝光時(shí)空發(fā)展過(guò)程,并且利用發(fā)射光譜法對(duì)TEA CO

5、2激光器放電致等離子體發(fā)光光譜進(jìn)行了診斷。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,TEA CO2激光器中放電輝光強(qiáng)度、等離子體發(fā)射光譜強(qiáng)度和放電電壓波形之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系,都隨放電電壓波形而同步變化。根據(jù)測(cè)得的氮分子第二正帶系發(fā)射光譜的順序帶組進(jìn)行了等離子體的振動(dòng)溫度的擬合和計(jì)算,所得的振動(dòng)溫度范圍在3300K～4100K之間。
　　利用本論文的研究成果,成功實(shí)現(xiàn)70mm和100mm放電間距的高氣壓穩(wěn)定放電。采用電感鎮(zhèn)流緊密排列火花塞預(yù)電離技術(shù),近似Rog