脈沖放電激勵氧碘化學激光的數(shù)值模擬.pdf

1、脈沖氧碘化學激光器(COIL)與連續(xù)波氧碘化學激光器(CWCOIL)相比，不僅具有連續(xù)波氧碘化學激光器的優(yōu)勢，而且自身還具有很多獨特的優(yōu)勢，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行高效率的拉曼頻移，使激光的波長具有可變動性等。由于這些優(yōu)勢的存在，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方面的研究。實現(xiàn)氧碘化學激光脈沖化的方法有很多，其中脈沖放電瞬間產生碘原子是最有發(fā)展前景的一種激光脈沖化技術。

2、然而，到目前為止相關的實驗研究基本上都局限在不同條件下對外部參量的觀測上，缺乏對產生脈沖激光的關鍵環(huán)節(jié)的研究，這使得人們在實驗時存在一定的盲目性。與實驗研究工作相比，相關的理論模擬工作非常少，在國外，目前見到的唯一報道是近年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生和消失過程等信息，而這些特性對放電引發(fā)COIL是非常關鍵的。
　　本文將采用流體力學和動力學混合模擬方法對放電引發(fā)脈

3、沖COIL內的脈沖放電過程進行深入系統(tǒng)的研究。研究內容主要包括兩部分，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，不同粒子密度的時空分布以及放電機制等。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）對產生碘原子和激光效率的影響。研究結果期望為優(yōu)化放電引發(fā)脈沖COIL實驗裝置，實現(xiàn)脈沖COIL的有效調控提供理論依據。
　　模擬結果表明，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。此外，通過研究放電參數(shù)對碘原子密度的影響可以發(fā)現(xiàn)當外加電壓幅值和脈沖寬度增加時，碘原子的密度會隨之增加。在保持總氣壓和氧分壓不變的情況下，CF3I和He存在一個最佳的配比，在此配比下，產生的碘原子密度最大并且產生單個碘原子所需的能量也最少。模擬結果還顯示，碘原子的密