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化学激光及其应用 - 桑凤亭、金玉奇、多丽萍编著

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出版日期:2006年9月
我们原计划在本书中比较全面地介绍各种化学激光及其应用，但在编写的过程中意识到，作为第一代的化学激光器（HF/DF），是20世纪60~70年代的研究成果，该激光器在70年代末已经比较成熟了，且其主要应用领域是军事方面，近些年来对该方面研究较少，故本书对其只进行简要的介绍，而重点阐述氧碘化学激光及其应用。
氧碘化学激光器是第二代化学激光器，是迄今为止化学激光器家族中波长最短的化学激光器，同时也是目前唯一工作在电子跃迁的化学激光器。由于其高能量、高效率（最高化学效率已达41%）、光纤传输性能好（光纤中损耗大约在3~5dB/km）以及较好的大气传输窗口等优点，在工业、医疗、科研以及军事领域有很大的应用前景。
近些年来，由于各国科学家的关注和努力，氧碘化学激光有了飞速的发展。美国空军武器实验室研制的世界上第一个氧碘化学激光器输出功率仅4mW，经过30多年的发展，其最高输出激光功率水平达到兆瓦级，光束质量达到近衍射极限。特别是美国机载激光武器计划的实施，使氧碘化学激光器的研制水平、集成水平和工程化水平有了很大的提高，带动了与氧碘化学激光器相关的技术发展。
目前涉及氧碘化学激光器的文献虽然很多，但比较系统地阐述氧碘化学激光器及其应用的书还没有。为此作者根据多年从事氧碘化学激光研究的经历以及所查阅的相关文献和著作，编写了本书。其目的是想比较系统地阐述与氧碘化学激光相关的内容，为从事氧碘化学激光器研究者提供一本有用的参考书。与此同时，也对氟化氢（氘）化学激光器进行了简要介绍，以供参考。
全书共分13章，第1~4章、第7章、第8章、第10~第12章由桑凤亭编写，第5章、第6章由金玉奇编写，第9章、第13章由多丽萍编写，全书由桑凤亭统稿。
本书在编写的过程中得到中国科学院大连化学物理研究所化学激光室的同志们对本书提供的有用资料和宝贵意见，在此表示感谢。并特别要提出感谢的是化学激光室的王冬梅同志，她在本书的打字、编排等方面做了大量工作。
由于作者的学术水平所限，本书难免存在一些缺点和不足之处，诚请读者批评指正。

中国工程院院士
桑凤亭
2006年4月第1章绪论1
11激光的发展1
12化学激光的发展3
13第一代化学激光——HF/DF 化学激光4
14第二代化学激光——氧碘化学激光5
15泛频HF化学激光6
16化学激光的定义和特点7
17有关化学激光的基本概念9
171化学抽运（化学泵浦）9
172全反转、部分反转和传能化学激光9
18氧碘化学激光原理和基本构成10
参考文献12
第2章单重态氧O2（1Δ）发生器13
21用化学反应产生单重态氧O2（1Δ）13
22激发态氧O2（1Δ）发生器14
23鼓泡式O2（1Δ）发生器16
24转板式O2（1Δ）发生器18
25转板式O2(1Δ)发生器的热管理25
26射流式O2(1Δ)发生器27
27均匀液滴O2(1Δ)发生器31
28喷雾式O2(1Δ)发生器33
29转网式O2(1Δ)发生器36
210其他类型O2(1Δ)发生器37
211激发态O2(1Δ)的气相传输损失38
参考文献41
第3章碘蒸气发生器、氧碘混合和碘分子解离42
31碘蒸气发生器42
32O2(1Δ)与I2的混合45
33I2的解离49
参考文献52
第4章氧碘混合喷管和扩压器53
41超音速流动的作用53
42激光增益系数54
43超音速喷管56
44扩压器设计59
参考文献62
第5章连续波氧碘化学激光器增益与工作特性63
51COIL的增益与功率提取63
511光腔流动工作介质密度恒定条件下的增益与功率
提取63
512光腔流动工作介质密度变化条件下的增益与功率
提取68
52输出光强与腔内往返振荡光强的关系75
参考文献77
第6章连续波氧碘化学激光器光学谐振腔理论80
61光学谐振腔的模式80
611驻波条件81
612纵模82
613横模83
62光学谐振腔的损耗、Q值及线宽84
621光腔的损耗84
622光子的寿命85
623无源腔的Q值86
624无源腔的线宽87
63光学谐振腔的几何光学分析88
631光线传输矩阵88
632共轴球面腔的稳定条件89
64一般稳定球面腔的模式特征93
641ABCD矩阵方法求解一般稳定腔的模参数93
642等价共焦腔求解一般稳定腔的模参数96
643传播圆作图方法求解一般稳定腔的模参数97
65光学谐振腔的衍射理论分析100
651菲涅耳基尔霍夫衍射积分方程100
652复杂光学系统的衍射积分——Collins公式104
653FoxLi数值迭代法105
654快速傅里叶变化法106
66非稳定光学谐振腔107
661非稳腔的模参数和共轭像点107
662非稳腔的光束近场和远场强度分布109
663束转动90°环形非稳腔（UR90）111
67激光光束质量的评价方法118
671衍射极限倍数因子β118
672斯特列尔比(Strehl Rate)120
673环围功率比（BQ）121
674 M2因子122
参考文献124
第7章压力恢复系统129
71真空机组加真空罐的压力恢复系统129
72引射式压力恢复系统130
73低温吸附泵压力恢复系统131
参考文献132
第8章氧碘化学激光器的效率133
81反应效率133
82激发效率134
83提取效率134
84化学效率135
85重量效率136
86比功率137
参考文献137
第9章化学激光性能参数的测试诊断技术138
91小信号增益系数的测量138
911PT（变耦合率）和极大损耗法138
912直接测量法141
913小信号增益分布的测量143
92激光输出功率和能量的测量148
921转针采样高能激光监测系统149
922积分球技术150
923能量吸收器技术153
93输出激光光束质量的测量技术154
931激光光束质量的意义154
932转筒或旋转测量技术157
933哈特曼测量近场强度和相位技术159
934CCD或热释电列阵成像测量技术161
94腔镜高反射率的测量164
95氧碘化学激光物种浓度的测量技术168
951单重态氧绝对浓度（产率）的测量技术168
952氯气利用率的测量技术178
953单重态氧气流中水汽含量测量180
954碘分子浓度的测量182
参考文献185
第10章脉冲氧碘化学激光188
101光引发脉冲氧碘化学激光模型188
102光引发脉冲COIL189
103放电引发脉冲氧碘化学激光191
104连续波COIL的脉冲化192
1041连续波COIL的调Q192
1042连续波COIL内增益磁调制197
参考文献198
第11章典型的氧碘化学激光装置199
111COIL的发展历史199
112世界上第一台连续波氧碘激光器200
113亚音速氧碘化学激光器202
114RotoCOIL装置203
115RADICL装置206
116VertiCOIL装置208
117200kW COIL模块和兆瓦COIL211
参考文献213
第12章HF/DF化学激光器214
121全反转和部分反转214
122电弧驱动HF/DF连续波化学激光器217
123燃烧驱动连续波HF/DF化学激光器221
1231燃烧室221
1232喷管组件223
1233光学谐振腔226
1234扩压器和压力恢复系统227
124MIRACL装置和ALPHA计划227
125脉冲HF/DF化学激光器228
参考文献229
第13章化学激光的应用231
131化学激光器在军事领域的应用231
1311美国“星球大战”计划和弹道导弹防御计划233
1312机载激光武器计划236
1313SBL研制计划239
1314战术高能激光武器239
132化学激光器在工业中的应用242
1321COIL的金属切割性能245
1322COIL的金属焊接性能251
1323氧碘化学激光器的光纤传输性能261
133化学激光器的其他应用263
1331核设施（装置）的退役和拆除263
1332石油、天然气及矿业开采266
1333太空垃圾的清除278
参考文献279
本书由中科院大连化物所的桑凤亭院士等专家编写，技术先进，内容丰富、实用，可供从事激光领域特别是化学激光及气动激光等相关领域的科研科技人员参考，也可作相关专业大专院校师生的专业参考书。本书重点介绍了氧碘化学激光的原理及其相关的激发态氧发生器、碘蒸气发生器、氧碘混合和碘分子的解离、氧碘混合喷管和扩压器、激光器增益与工作特性、激光器性能参数的测试诊断等技术及典型的氧碘化学激光装置。与此同时还简要介绍了HF/DF化学激光器的原理和装置，以及化学激光器在工业上和军事上的应用。
本书由中科院大连化物所的桑凤亭院士等专家编写，技术先进，内容丰富、实用，可供从事激光领域特别是化学激光及气动激光等相关领域的科研科技人员参考，也可作相关专业大专院校师生的专业参考书。
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