光学谐振腔的图解设计方法(二)

在实际激光器中,我们不能不考虑腔内激活介质对高斯光束传播的影响。我们知道,腔内激活介质,在光泵或放电的作用下,都将不可避免地产生其间温度分布的不均匀性,或介质密度的不均匀性,由此引起介质内折射系数的不均匀分布。这时,激活介质将起一种类似于透镜的作用,因而影响腔内高斯束传播的特性和输出光束的特性。这种现象通常叫做热透镜效应。     

TEA CO_2激光器放电区气流均匀性对激光输出的影响

为了获得气体流速分布均匀性对激光器注入能量和输出能量的影响,运用计算流体动力学(CFD)方法对放电区流场进行模拟分析,得到放电区气体流速的纵向分布和竖向分布。根据影响流速分布不均匀性的因素,对整个流场进行优化改进。根据流体动力学原理及激光器结构及其轻量化要求,在原有结构基础上增加3层隔板以改善流场分布特性。优化后,放电区气体平均流速达到99.3 m/s,流速的纵向不均匀度为5.2%,竖向不均匀度为7.1%。激光器的重复频率由300Hz提高到365Hz,单脉冲注入能量由160J提高到171.5J,输出能量由20J提高到21.8J,激光发散角减小了0.5mrad。改善放电区流场分布特性可提高激光器的整体性能。     

基于辛几何理论的非均匀媒质中电磁波传播问题的研究

本文提出了一种利用辛几何理论求解非均匀媒质中电磁波传播问题的新方法,首先引入新的波向量空间与原来的物理空间共同构成辛空间,将物理空间中波的传播问题提升为辛空间中的Ｌａｇｒａｎｇｅ子流形的问题,并通过适当的投影变换可以处理电磁波在非均匀媒质中传播的焦散问题。     

水平电偶极子在负折射媒质半空间激励的场

讨论了水平电偶极子在由介电常数和磁导率都为负数的媒质和普通媒质构成的均匀半空间中激励的电磁场,并得出了远区场的解析表达式.理论分析和数值计算结果表明:位于普通介质中的水平电偶极子在普通媒质和负折射媒质分界面能够有效激励表面波.该表面渡是一种"慢波",沿分界面传播的波数小于波在两种均匀媒质中传播的波数.当两种介质均无损耗时,沿径向传播的幅度按波的几何扩散衰减.由于存在三种传播波数,表面波、侧面波、直达波和反射波共同作用形成的总场将发生复杂的干涉现象.     

高功率TEACO_2激光器主机流场优化研究

为提高TEACO2激光器放电区气流分布均匀性,解决手工计算方法无法对复杂流场进行全面准确分析的问题,采用计算流体动力学（CFD）方法,应用Fluent软件对激光器主机流场进行计算模拟,分析确定了影响因素。通过对流场进行优化改进,使放电区气流分布不均匀度纵向由8.3%降低到5.2%,横向由2.3%降低到0.78%,从而使激光器稳定放电重复频率由330Hz提高到405Hz。     

选择最佳谐振腔以获得大功率脉冲电离CO2激光辐射的衍射方向性

获得大功率电离CO2激光器辐射的最好方向性，是这种激光器各种应用的重要而迫切的问题之一。在大激活体积下，通常利用不稳定的望远镜谐振腔，以便在光学上相同的激活介质条件下,保证单横模振荡。同时,辐射的发散度由密度不均匀性确定,这种不均匀性是由于在电离放电和激光振荡过程中介质的气体动力学运动产生的。出现气体动力学激发的原因之一是泵浦的不均匀性，它既取决于能量贡献区的限制,也取决于空间电荷层中热发射功率的增加。其他的原因乃是CO2分子振动弛豫速率依赖于激光辐射强度，结果在共振腔内出现附加的热发射。导致电离CO2激光激活介质中形成压缩和放电波的所谓因素对激光辐射发散度的影响，可通过相应的选择不稳定腔的几何结构，或者效率有某些降低的值来消除。     

半共焦腔高反耦合窗口横流CO2激光器输出花样的研究

探讨了利用半共焦腔的“反演”特性及放电区增益分布特性以及调节平面高反膜红外输出耦合窗口来获得不同的对称性、均匀性良好的激光输出花样,并通过实验获得了与理论相符的结果     

脉冲参数对指纹放电成像质量的影响

利用介质阻挡放电照相的原理,成功实现了对人体指纹的提取。在静态法提取指纹过程中,记录了在3种脉冲宽度(2ns,3μs,1ms)下放电的指纹图像。放电空间电场分布的分析表明,随着脉冲宽度的增加,正离子在介质层上的累积使得放电空间的电场趋于均匀,导致指纹放电强度在空间的均匀化,从而使指纹成像的分辨率下降。采用较高幅度的ns脉冲放电时,发现了指纹放电中存在丝状放电的痕迹。进一步的实验表明,即使在放电空间不存在介质时,也能观测到良好质量的指纹放电图像。研究结果表明,采用较小幅度的ns脉冲放电技术,不仅提高了指纹图像的清晰度,而且也实现了大气中的辉光放电。     

准分子激光光束均匀技术

由于放电结构及谐振腔的限制,准分子激光光斑呈现不均的分布。介绍了各种均匀器的工作原理,从衡量光束均匀性的各项指标出发,评述分析了各种均匀方法的优缺点及适用范围。     

折射对地表穿透合成孔径雷达成像影响定量分析

分辨率和空间位置定位精度是合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）图像的重要参数。传统成像模型是建立在同一均匀媒质的假设上，而地表穿透合成孔径雷达（Gmund PENetration SAR，GPEN SAR）为了探测掩埋在地下的目标，通常工作在多层媒质的环境中，传统模型不再适合。文章首先建立了分区均匀媒质中的成像模型，在此模型基础上，推导了两层媒质时后向投影算法的积累轨迹误差。然后利用实际与理论方位分辨率之比、积分旁瓣比和定位偏差定量分析了两层媒质表面的折射效应对成像质量和定位精度的影响，为校正土壤折射对成像的影响提供有益参考。     

基于粒子图像测速的XeF(C-A)气体激光器增益区流场测量

基于粒子图像测速(PIV)技术,测量了闭合循环脉冲XeF(C-A)蓝绿准分子激光器增益区的流场。研究了放电区域内流场中心区、近激光窗口区和过渡区在未放电条件下定常流场的流速特征及放电后不同时刻的流场形态,分析了放电后流场的恢复时间与风机转动频率、放电电压的关系。结果表明:在近窗口区域,存在流速缓慢的涡流;在流场中心区,流速较大且分布均匀;放电后瞬态出现了流速极慢的流场停滞现象。     

电偶极子在无限大各向异性媒质中的辐射场

分析电偶极子在无限大各向异性媒质中的辐射场，得出了近区场地级数表达式。分析计算了电偶极子平行天于地磁场时在无限大均匀各向异性电离层中的远区场。     

气体激光器的发展趋势

目前气体激光器在科技方面的广泛应用是基于作为激光激活介质的气体特性和激光器高水平技术的实现。气体激光器的优异特性是它的激活介质的均匀性，可获得很好的射束和脉冲地或连续地激发从紫外至远红外的激光波长。采用混合气体,还可在一台激光器中产生多种激光波长。气体激光器在技术上的实现取决于对气体放电物理技术的认识以及气体放电的工艺水平,这涉及电极放电，无极放电以及综合激发机理（电子束、光学激发等)。     

高斯波包在负折射材料构成的均匀半空间产生的磁场

讨论高斯波包激励的垂直电偶极子在由介电常数和磁导率都为负数的介质和普通介质组成的均匀半空间中产生的瞬态磁场,得出了它的近似解析表达式.理论分析和数值计算表明:当二种介质中有一种是负折射媒质时,磁场分量的时域场除了分别沿两种媒质一侧传播的侧面波波包外,还存在表面波波包.此种表面波波包对任一场点处磁场的贡献比两种均匀媒质中传播的侧面波包的贡献大.     

千瓦级流动CO2激光器多程光学谐振腔的镜片座及其调整

在对流放电CO2激光器中，随着气体流速的增加，可以相应增加电极在流动方向的尺寸，并仍然能得到大体积的稳定辉光放电。对于这样大体积的激活区来说，依然用单程光学谐振腔，则激活区的利用率就很低。在我们研制的JL6千瓦级流动CO2激光器中，放电区气体平均速度可达70米／秒以上，此刚在气流方向激活区宽度可选100毫米左右。因此采用多程光学谐振腔来增加谐振腔的有效长度，提高输出功率是完全必要的。     

激光诱导扩散区温度分布的均匀化

用连续波激光诱导扩散制作单片集成光接收机中的探测器时，激光照射形成的高温区面积很小。当入射激光焦斑光强为高斯分布甚至“平顶帽形”分布时，微小扩散区温度分布的均匀性都不能达到实验的要求。提出了用掩模对入射高斯光束进行空间调制的方法来实现扩散区温度的均匀化。该方法的关键是计算出实现均匀的温度分布所需要的焦斑光强分布参数。给出了计算方法和计算实例。结果表明，均匀化后，在扩散区平均温度上升值为500K时，扩散区内的最大温度差为3．9K，并且高温区的温度分布接近“平顶帽形”。     

同轴环形螺旋谐振腔设计分析

提出了一种适用于同轴环形放电结构气体激光器的环形螺旋谐振腔,并给出了理论分析。该谐振腔由一螺旋面反射镜和一球面反射镜构成,可充分提取激活区的能量并输出单束激光。该结构易于实现同轴环形放电激活区中的功率萃取。     

空气ESD辐射电磁场和放电间隙区分布研究

在固定放电空气间隙条件,利用电流靶和半圆环天线对空气静电放电(ESD)的辐射电磁场进行了探测和记录,根据空气ESD辐射电磁场的特征研究了空气ESD的放电特性和放电间隙区分布规律。提出了空气ESD存在"增长间隙区"、"跌落间隙区"、"平坦间隙区"和"零放电间隙区"4个放电间隙区,放电间隙区的分布主要与放电电压的大小相关,且在高电压时各放电间隙区分布更明显;一定电极接近速度下的空气ESD与一定放电间隙区的空气ESD相对应。     

复杂构造中含钻杆感应测井的纵向数值模解

建立二维非均匀媒质中含钻杆感应测井的纵向数据模式匹配理论。给出格林函数的完整表达。各非均匀区中场解由统一的矩阵计算公式表出，并且不含数据积分，因此简于计算机编程和高效求解。     

AC-PDP放电空间静态电场的定量分析

三电极表面放电型ＡＣ－ＰＤＰ具有复杂的电极结构,其气体放电过程是在周期性的非均匀空间电场中进行的,正确估算不同脉冲电压条件下空间静电场的分布,对于分析理解ＰＤＰ放电过程及其基本特性有着重要的意义。本文利用数值计算方法在正确分析放电单元边界条件的基础上,通过求解系统拉普拉斯方程的定解问题,给出不同显示过程电场分布的数值结果并讨论它对显示特性的影响。