2-39 HF泛频化学激光装置实验

杨维东 宋影松 金晶 栾永平 张绍池

　　为了将化学激光装置产生的巨大能量投送到远处，而对化学激光装置的输出激光波长进行选择。根据理论计算，在氟化氢泛频激光的众多输出谱线中，只有20P4（l=1.32mm）谱线具有较高的大气传输性能。为此在相同大气条件下进行谱线大气传输性能对比实验。实验中，使装置输出不同的氟化氢泛频单谱线，测量其在相同距离上的透过率，推算其大气传输性能参数。

　　实验测得：在气温12℃、相对湿度92%, 风力0～1级, 能见度～10km，距地面高度1.2m的气候条件下，底层大气对20P4(l =1.321mm)谱线的衰减系数为0.265km^-1, 其中散射系数为0.159km^-1，吸收系数约为0.106km^-1；对20P3(l =1.312mm)谱线的衰减系数为2.260km^-1, 其中散射系数为0.160km^-1，吸收系数约为2.100km^-1。即底层大气对20P3(l =1.312mm)谱线的吸收远大于对20P4(l =1.321mm)谱线的吸收，其吸收系数比20P4谱线高约20倍。即20P4谱线是HF泛频化学激光谱线中大气传输性能最好的谱线。

表1　计算所得的最佳组分配比

　　为优化装置运行参数，需了解装置运行时的增益分布情况，采用探针法测量装置喷管下游不同位置处的增益。实验发现增益系数随光轴距离的增加逐渐提高，在其达到最大值(光轴位置为喷管出口下游10mm, 增益系数为0.5%/cm)后, 光轴距离稍有增加,其增益系数迅速降低直至为零。

　　目前装置喷管采用的是狭缝喷管，此喷管不是氟化氢泛频化学激光的最佳喷管，而较好的喷管是高超音速低温喷管（HYLTE喷管）。为了向实验提供运行参数，对单狭缝HYLTE喷管结构和运行参数进行数值计算，按1kW氟化氢泛频输出功率设计, 由此确定燃烧室参数10cm´20cm´3cm。器壁吸热量Q_c=1739.66W。最佳组分配比如表1所示。单狭缝喉道宽h为0.3mm，喷管出口宽1.2cm。由此计算确定喷管结构的基本参数。喷管结构见图1。