连续波HF/DF化学激光器小信号增益测量系统研究

【摘要】：化学激光一直以来都是高能激光的代名词,在强激光领域,特别是军事用途上,占有重要地位。小信号增益系数是连续波化学激光器的重要参数,其大小和沿流场方向分布对分析激光器振荡条件、优化增益发生器性能、谐振腔设计等具有十分重要的理论和实际意义。从连续波化学激光器诞生到现在,小信号增益测量一直是化学激光器诊断的重要内容。研究者也提出多种测量方法,但主要局限于单次、现场测量,仪器化水平不高。 本文搭建了一套小信号增益测量系统。该系统性能稳定,结构紧凑,整体尺寸为60cm×60cm,可进行增益系数分布的测量,并实现了测量系统的仪器化。本文分别对探针激光器、测量系统的主体光路和数据采集处理几部分进行了详细研究。探针激光器采用Littrow结构的选线HF激光器,通过优选腔镜,得到了稳定的基模激光输出,光束直径2mm,发散角1.8mrad;利用电控旋转台实现了自动选线,选出了11根HF激光谱线。主体光路采用反射式光学元件设计,避免了色差影响;引入立体分光棱镜使得探针光两次经过增益介质,简化了光路结构,提高了探测精度;通过光线追迹表明扫描光束有较高的平行度。数据采集处理通过虚拟仪器实现,实现了数据信号实时显示,数据采集,数据的保存和读取,信号的锁相放大,小信号增益系数计算,扫描镜控制等功能。 以532nm绿光作探针光,分别以透过率为32%、50%、90%三种规格的滤光片作为增益介质对测量系统进行了验证,在定点测量时得到的测量值与理论值相差分别为1.2%、6.8%、9.5%,扫描测量值与理论值相差分别为3.5%、8.9%和5.7%。最后我们使用该测量系统对某电激励HF/DF化学激光器进行了实验测量,测量了HF激光5根谱线的增益曲线,与出光实验结果符合良好。