發(fā)布時間：2018-12-18 06:15

【摘要】：中紅外波段(3~5μm)是大氣傳輸窗口,而且許多原子和分子的吸收峰也處于這一波段,人體骨骼和肌肉對于這一波段具有選擇吸收性。因此中紅外波段的激光光源在軍事、激光雷達、大氣探測、醫(yī)療等領域具有極高的應用價值和前景。目前,非鏈式脈沖DF激光器是該波段可以輸出能量最高的激光器,而且其相對于鏈式反應的連續(xù)DF激光器來說,具有結構緊湊、操作簡單、反應可控、光束質量好等優(yōu)勢,受到國內外眾多研究者的關注。本文對非鏈式脈沖DF激光器的放電技術進行了研究。放電技術是非鏈式脈沖DF激光器的核心技術,直接決定著激光器的輸出能量和電光轉換效率。本文對紫外預電離與自引發(fā)放電兩種放電方式進行了對比研究。首先使用有限元分析法模擬了兩種放電方式激光器的電極間電場分布。紫外預電離放電要求使用均勻場電極以提高注入能量、增大放電體積。計算了Chang氏電極、緊湊型Chang氏電極和Ernst電極三種均勻場電極的電場分布,在相同的設計要求下Ernst電極的電極表面電場均勻區(qū)域最大,其次是緊湊式Chang氏電極,而Chang氏電極的電極表面電場均勻區(qū)域最小。計算了自引發(fā)放電電極間電場分布,陰極表面的毛刺對放電區(qū)宏觀電場均勻性基本無影響,只在微米尺度上形成一系列分立的高電場區(qū)域。粗糙陰極表面的強電場區(qū)域不僅加強了電子的電場能量,還加強了陰極金屬的場致發(fā)射作用,相對于周圍低電場區(qū)域有更多的電子進入放電區(qū),從而使放電開始階段可以形成初始放電通道。通過實驗研究兩種放電方式的DF激光器,對兩種激光器的輸出能量進行優(yōu)化實驗,對比分析兩種放電方式的DF激光器輸出能量與電光轉換效率。記錄紫外預電離放電非鏈式DF激光器的放電照片,證實了均勻的電場分布可以得到穩(wěn)定的體放電,并且可以增大放電體積,同時提高注入放電區(qū)的能量。通過分析兩種放電方式,發(fā)現自引發(fā)放電在增大非鏈式DF激光器放電體積方面更具優(yōu)勢。
[Abstract]:The mid-infrared band (3 ~ 5 渭 m) is an atmospheric transmission window, and the absorption peaks of many atoms and molecules are also in this band. Human bones and muscles have selective absorption for this band. Therefore, the mid-infrared laser source has a high application value and prospect in military, laser radar, atmospheric detection, medical treatment and other fields. At present, the non-chained pulsed DF laser is the laser with the highest output energy in this band. Compared with the continuous DF laser with chain reaction, it has the advantages of compact structure, simple operation, controllable reaction and good beam quality. By many researchers at home and abroad attention. The discharge technology of non-chain pulsed DF laser is studied in this paper. Discharge technology is the core technology of non-chained pulsed DF laser, which directly determines the output energy and electro-optic conversion efficiency of the laser. In this paper, two discharge modes, ultraviolet preionization and self-initiation discharge, are compared and studied. Firstly, the electric field distribution between two discharge modes is simulated by finite element method. Ultraviolet preionization discharge requires the use of uniform field electrodes to increase the injection energy and increase the discharge volume. The electric field distributions of three uniform field electrodes, Chang's electrode, compact Chang electrode and Ernst electrode, were calculated. Under the same design requirements, the uniform electric field on the surface of Ernst electrode was the largest, followed by the compact Chang's electrode. However, the uniform electric field on the surface of Chang's electrode is the smallest. The distribution of electric field between self-initiated discharge electrodes has been calculated. The burr on the cathode surface has little effect on the uniformity of the macroscopic electric field in the discharge region, and only a series of discrete high electric field regions are formed on the micron scale. The strong electric field on the rough cathode surface not only strengthens the electric field energy of the electron, but also strengthens the field emission of the cathode metal. Compared with the low electric field around the cathode, more electrons enter the discharge region. Thus the initial discharge channel can be formed at the beginning of discharge. Two kinds of DF lasers with different discharge modes are studied experimentally. The output energy of the two kinds of lasers is optimized and the output energy and electro-optic conversion efficiency of the two kinds of discharge DF lasers are compared and analyzed. By recording the discharge photographs of the ultraviolet preionization discharge non-chain DF laser, it is proved that the uniform distribution of electric field can obtain stable volume discharge, increase the discharge volume and increase the energy of the injected discharge region. Through the analysis of two discharge modes, it is found that the self-initiated discharge has more advantages in increasing the discharge volume of the non-chain DF laser.
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

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本文編號：2385483