一种基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于气体激光或化学激光领域。具体来说涉及一种基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器。
【背景技术】
[0002]自1965年G.Pimentel研制成第一台氯化氢化学激光器以来，化学激光经过了快速发展期，期间先后研制了氯化氢、溴化氢、一氧化碳、二氧化碳、氟化氢、氟化氘化学激光以及后来的氧碘化学激光和许多潜在的可见光区的化学激光器体系。发展最成熟最具规模的有氟化氢HF化学激光和氧碘化学激光(COIL)，世界上HF化学激光和氧碘化学激光的功率输出水平都已经达到兆瓦量级；相比之下，氯化氢、溴化氢、一氧化碳、二氧化碳化学激光器的发展要逊色得多，即使实现激光输出，大都在百瓦量级以下。溴化氢激光研究的非常有限，早期70-80年代，开始研究化学燃烧的溴化氢激光，1978年纯化学的亚音速HBr激光获得了 0.58W的激光输出；1986年美国超音速HBr激光获得了 1_0，2-1, 3-2和4_3振动带共计21条线的激光1.5W ；1986年法国利用F2/HBr/Hi/He化学体系，获得了 4.1-4.2um纯化学的HBr化学激光多线输出最大输出25W，化学效率1.6%。1979-83年，放电驱动的HBr激光脉冲能量为几百毫焦耳，放电效率在0.2-0.9%左右。光泵的HBr激光始于1994年，是基于Nd:YAGl.339微米或Ho:YLF2.06412微米激光泵浦的HBr激光，能量转换效率达到12%，理论计算估计光能量转换效率最大可以达到50-60%。无论哪种形式泵浦的HBr激光输出功率和效率都还做不大。如果能够基于成熟氧碘化学激光已有的相关技术实现溴化氢激光输出，将既保持了化学激光可等比放大的优势，又具备分子激光输出谱线丰富的特征，将大大拓宽化学激光的应用领域和应用范围。
[0003]为此，研究了 HBr分子振动转动能级和单重态氧分子02 (a)能级关系，见图1，发现单重态氧的能级位于HBr分子v=3的较低转动能级,可以实现近共振传能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于成熟的单重态氧发生技术、利用单重态氧与基态溴化氢分子的近共振传能，泵浦产生振动激发态的溴化氢分子作为出光介质，通过光学谐振腔实现溴化氢激光输出。
[0005]为实现本发明的目的，具体技术方案包括:
[0006]基于单重态氧传能的溴化氢激光器，是由激发态单重态氧分子02(a)向基态溴化氢分子近共振传能产生的振动激发态溴化氢分子作为激光器的出光介质。单重态氧发生器是化学反应产生单重态氧，化学反应的单重态氧发生器是氧碘化学激光器中很成熟的技术。本发明通过单重态氧分子作为储能粒子，泵浦基态溴化氢分子可以实现谱线丰富的中红外激光输出。
[0007]本发明主要由单重态氧发生器、超音速混合喷管和光学谐振腔及其辅助系统组成。基于已有成熟的单重态氧发生技术，由激发态单重态氧分子O2 (a)向基态溴化氢分子近共振传能产生的振动激发态溴化氢分子作为激光器的出光介质。所述激光器由单重态氧发生器、超音速混合喷管和光学谐振腔及其辅助系统组成；
[0008]所述单重态氧发生器出口连接超音速混合喷管，超音速混合喷管出口连接光学谐振腔。
[0009]单重态氧发生器是化学反应产生单重态氧的器件。超音速混合喷管是将单重态氧与溴化氢分子混合的器件。光学谐振腔位于3.9-4.7微米波段，使溴化氢分子基频谱线谐振出激光。辅助系统包括测控系统、气源供给系统和真空系统。
[0010]激光器工作时，测控系统负责单重态氧发生器和光学谐振腔的温度压力测量和气动阀、电磁阀的开关时序控制；气源供给系统负责氯气、氦气、或溴化氢气体的供给，由气动阀和电磁阀通过测控系统控制开关时序；真空系统满足激光器低压运行要求。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]本发明可以实现溴化氢分子激光输出谱线丰富的特征，又可以保持化学激光可等比放大的优势，实现溴化氢激光器高功率大能量工作，拓宽化学激光的应用领域和应用范围。
【附图说明】
[0013]图1为HBr分子振动转动能级和单重态氧分子02 (a)能级关系图，以及HBr分子各振动激发态的转动粒子数分布；
[0014]图2为本发明的原理示意图；
[0015]图3为本发明的系统框图；
[0016]其中，I为单重态氧发生器；2为超音速混合喷管；3为光学谐振腔腔镜；4为测控系统；5为气源供给系统；6为真空系统。
【具体实施方式】
[0017]实施例
[0018]该发明是一种基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器，由单重态氧发生器、超音速混合喷管、光学谐振腔、测控系统、气源供给系统和真空系统组成，见图3。其中，I为单重态氧发生器，2为超音速混合喷管，3为光学谐振腔，4为测控系统，5气源供给系统，6为真空系统。
[0019]单重态氧分子O2 (a)和基态氧分子O2 (X)的能级差与基态溴化氢分子室温下布居最多的v=0，J=3和v=3，J=8的能级差仅仅相差28CHT1，单重态氧分子与溴化氢分子混合碰撞发生近共振传能，产生振动激发态溴化氢分子，如图1所示。具体工作原理如图2，氯气与过氧化氢的碱溶液发生反应产生单重态氧，溴化氢通过超音速混合喷管加入，与单重态氧混合碰撞传能，产生振动转动激发态溴化氢分子，流经光学谐振腔谐振提取出激光。
[0020]具体实施过程为:首先真空系统6抽气使激光器系统处于低压真空状态，打开气源供给系统5的高压气阀，由测控系统4控制各种气体的气动阀门和电磁阀门的打开和关闭时序，同时测量实验过程中各监测点的温度压力。实验过程中，氯气与过氧化氢的碱溶液发生反应产生单重态氧，单重态氧与氦气一起流经单重态氧发生器I出口，进入溴化氢超音速混合喷管2，溴化氢与单重态氧混合碰撞传能，产生振动转动激发态溴化氢分子，流经光学谐振腔3，在光学谐振腔内谐振提取出激光，如图3的系统框图。
【主权项】
1.一种基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器，其特征在于: 由激发态单重态氧分子O2 (a)向基态溴化氢分子近共振传能产生的振动激发态溴化氢分子作为激光器的出光介质； 所述激光器由单重态氧发生器(I)、超音速混合喷管(2)和光学谐振腔及其辅助系统组成； 所述单重态氧发生器(I)出口连接超音速混合喷管(2 )，超音速混合喷管(2 )出口连接光学谐振腔。
2.按照权利要求1所述的基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器，其特征在于: 所述单重态氧发生器(I)是化学反应产生单重态氧的器件。
3.按照权利要求1所述的基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器，其特征在于: 所述超音速混合喷管(2)是将单重态氧与溴化氢分子混合的器件。
4.按照权利要求1所述的基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器，其特征在于: 所述光学谐振腔位于3.9-4.7微米波段，使溴化氢分子基频谱线谐振出激光。
5.按照权利要求1所述的基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器，其特征在于: 所述辅助系统由测控系统(4)、气源供给系统(5)和真空系统(6)组成； 激光器工作时，测控系统(4)负责单重态氧发生器(I)和光学谐振腔的温度压力测量和气动阀、电磁阀的开关时序控制；气源供给系统(5)负责氯气、氦气、或溴化氢气体的供给，由气动阀和电磁阀通过测控系统(4)控制开关时序；真空系统(6)满足激光器低压运行要求。
【专利摘要】本发明是一种基于单重态氧传能的溴化氢化学激光器，是由激发态单重态氧分子O2(a)向基态溴化氢分子近共振传能产生的振动激发态溴化氢分子作为激光器的出光介质。单重态氧分子由化学反应产生，化学反应的单重态氧发生器是氧碘化学激光器中很成熟的技术。该装置由单重态氧发生器、超音速混合喷管、光学谐振腔、测控系统、气源供给系统和真空系统组成。本发明通过单重态氧分子作为储能粒子，泵浦基态溴化氢分子可以实现谱线丰富的中红外激光输出。
【IPC分类】H01S3-225
【公开号】CN104868357
【申请号】CN201410065642
【发明人】多丽萍, 李留成, 唐书凯, 李国富, 王元虎, 于海军, 汪健
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月26日