电激励HF激光体系的脉冲放电特性

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HF(辐射波段2.7~3.1μm)化学激光,其输出波长处于中红外波段,覆盖许多气体分子吸收峰,并能实现高功率输出,因此广泛应用于光电对抗、激光雷达、气体检测及军事等领域。HF激光体系的激励反应过程可以是链式化学反应,也可以是非链式化学反应。链式反应HF化学激光的输出能量高,而且可以连续输出,但是不易控制,易爆炸,安全性差。而非链式HF化学激光的激励过程则安全可控、操作方便,而且激光器的结构紧凑易于实现小型化,通过脉冲化运转也可实现高功率输出。通常采用脉冲放电方式实现非链式HF化学激光的激励。大体积均匀脉冲放电是实现HF化学激光体系介质高效泵浦的基本要求,因此是实现足够高激光输出的技术前提。针对常用的电激励非链式HF化学激光体系,利用一种预电离辅助的脉冲平行板放电结构,研究了SF6/C2H6混合工作气体的高压脉冲放电特性,分析了混合工作气体的击穿物理过程,建立了脉冲放电发展机制,得到了脉冲放电注入能量(称为放电能量)与各种放电条件的工艺联系,指出了进一步提高放电体系能量密度和注入效率的工艺方向。  本研究采用面阵滑闪火花预电离辅助技术,在平行板电极中实现了SF6/C2H6混合工作气体的大体积均匀纳秒脉冲放电,研究了脉冲电源工作特性对脉冲放电特性的影响,以放电均匀性和放电能量为指标,开展了各种放电条件的工艺优化尝试,建立了SF6/C2H6混合工作气体的均匀脉冲放电模式的存在区间。结果表明:所用高压脉冲电源的电压输出特性(电压幅值;脉冲特性)稳定,电压传输效率几乎不受放电间隙实验条件的影响,能够建立起均匀放电模式,但是无法实现放电体积和放电能量的最优化;放电电流峰值随放电气压的增加而减小,放电电流脉冲的宽度由储能电容大小决定,几乎不随其他实验条件改变;放电脉冲的形成时间随着放电气压的增加而增加;这些实验结果预示着SF6/C2H6的均匀脉冲放电为α模式汤森放电。放电能量是决定电激励HF激光脉冲输出能量水平的关键前提,开展了放电能量的工艺优化,详细研究了放电能量随多个放电参数(工作气压、电压幅值、储能电容量、SF6/C2H6混合气体比例)的变化规律,结果表明:(1)放电能量随着气压的增加先增大后减小,存在最大值Emax,即最佳放电气压;混合气体比例对放电能量的影响很小。(2)增加电压幅值有利于放电能量的提高;一定程度上增加储能电容有利于放电能量注入,但放电均匀更难维持;(3)增加放电气压不利于提高放电能量密度。
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