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、激光強場物理等應用的需求,又一次得到了人們的重視。實現(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驗研究結(jié)果。主要從放電電極、預電離方式、放電電路、放電發(fā)展過程和放電發(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TEA CO2激光器的均勻場放電電極進行了研究。利用有限元計算方法,計算并討論了均勻場電極中電極面型、電極板安裝結(jié)構(gòu)和電極板厚度對實際電場分布影響。根據(jù)放電等離子體輝光分布,認為電極表面的電場強度分布,僅對放電的初始發(fā)展具有影響,而放電區(qū)中央的電場分布以及預電離強度,對最終放電區(qū)的均勻性具有決定性的影響。
　　對影響小信號增益的各種因素進行了實驗研究。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)對小信號增益的基本影響規(guī)律。
　　從預電離技術(shù)和均勻場電極方面綜合考慮,對預電離結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。比較了多種電極和預電離結(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)域和更高的小信號增益。
　　使用放電電壓、電流波形以及放電區(qū)小信號增益系數(shù)作為評價手段,對Marx高壓脈沖發(fā)生器放電電路進行了實驗分析和改進。實驗研究發(fā)現(xiàn),儲能相同的條件下,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電離強度,最佳峰值電容與儲能電容比為Cp/Cs=0.075。最終采用的單級儲能電容為0.5μF的電阻隔離型三級Marx高壓脈沖發(fā)生電路,對無氦工作氣體,小信號增益系數(shù)最大可達3.2％cm-1。
　　為了了解放電的微觀發(fā)展過程,利用ICCD相機對脈沖CO2激光器的放電區(qū)進行觀測,獲得了完整的放電輝光時空發(fā)展過程,并且利用發(fā)射光譜法對TEA CO

5、2激光器放電致等離子體發(fā)光光譜進行了診斷。從實驗結(jié)果來看,TEA CO2激光器中放電輝光強度、等離子體發(fā)射光譜強度和放電電壓波形之間存在對應關(guān)系,都隨放電電壓波形而同步變化。根據(jù)測得的氮分子第二正帶系發(fā)射光譜的順序帶組進行了等離子體的振動溫度的擬合和計算,所得的振動溫度范圍在3300K～4100K之間。
　　利用本論文的研究成果,成功實現(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電離技術(shù),近似Rog