脉冲HF/DF激光能量稳定性研究

【作者】 黄超； 黄珂； 马连英； 赵柳； 钱航； 易爱平； 唐影； 周松青； 朱峰； 李高鹏； 雷飞；

【机构】 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室；

【摘要】 非链式的电激励脉冲HF/DF激光器在激光光谱学、激光医学、大气吸收监测和激光与物质相互作用等领域有很好的应用前景,是现阶段备受关注的中红外辐射源之一。重频稳定运行是各应用领域对脉冲HF/DF激光器的基本要求之一,也是当前限制激光器实用化的关键问题。本研究针对电激励脉冲HF激光器具有大纵横比的增益区结构,利用有限元法,通过横向收缩结构和纵向扩展结构两方面的数值模拟,优化了注入管道结构,在有限的来流尺度上实现激光器增益区气体介质的均匀置换,并利用皮托管实验验证了激光器增益区气体流速和流场分布,发现理论模拟与实验测量结果基本一致,激光器增益区气体流速可达到9 m/s,均匀性优于10%,激光器注入管道结构和增益区流场分布如图1所示。在此基础上开展了不同气体流速条件下HF激光重频输出实验研究,发现在其他条件一定时,增加气体流速,则激光器重频输出能量的稳定性变好,且气体流速存在阈值,当气体流速达到阈值后,继续增加气体流速对激光器的能量稳定性影响较小。在气体流速为9 m/s、充电电压为30 kV、SF₆和C₂H₆混合气体总压强为20 kPa的条件下,实现了HF激光器100 Hz重频稳定运行,激光能量不稳定性RMS小于10%,平均能量大于500 mJ。HF激光器100 Hz重频输出能量曲线如图2所示。更多还原