射频放电驱动全气相氧碘激光器的多物理场耦合数值研究

基本信息
批准号:11705207
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:赵天亮
学科分类:
依托单位:中国科学院大连化学物理研究所
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:吴克难,陈曦,刘婷婷,贾淑芹,李辉,李学杨
关键词:
多物理场耦合射频放电氧碘激光器等离子体
结项摘要

In comparison with chemical oxygen-iodine laser, electric oxygen-iodine laser (EOIL) currently becomes a research focus due to its advantages of all-gas-phase, safety, no water vapor and long-time continuous operation. However, due to the processes of plasma dynamics, fluid dynamics and power abstraction in EOIL, and their strong coupled interrelationship, the mechanisms of collisional energy transfer between the singlet oxygen and iodine molecule are not fully understood, thus a higher energy efficiency could not be further advanced. The present program is aimed at all-gas-phase oxygen-iodine laser driven by radio frequency discharge, and the following contents are studied by the coupled multi-physics simulation method: Numerical simulation of the singlet oxygen and iodine production by RF discharge, which includes the elementary reaction process and optimization method of electrode configuration; Coupled simulation of inner fluid field with plasma, which includes the ways of parameters transfer like temperature, pressure, momentum and mass; Coupled simulation of inner fluid field with optical field in the cavity, which includes power abstraction and gain recovery. The present program is aimed at revealing the kinetic mechanism of the coupled multi-physics among plasma dynamics, fluid dynamics and optical field, in order to lay foundations for further improving the power efficiency of EOIL and developing new type lasers driven by electric discharge.

与氧碘化学激光器相比,电激励氧碘激光器以其全气相、安全性、无水蒸气和长时间连续运转等优点,成为当前的研究热点。然而,由于该体系包含等离子体、流体和光提取等过程,且各个过程之间存在相互影响和作用的耦合关系,使得对单重态氧与碘原子的碰撞传能机理认识不够充分,未能在实验上获得高的能量效率。本项目以射频放电驱动全气相氧碘激光器为研究对象,拟采用多物理场耦合的数值方法开展以下研究:射频放电产生单重态氧和碘原子,包括基元动力学过程和放电结构优化方式;等离子体与内流场的耦合计算,包括温度、压力、动量和质量等参数传递方式;光腔区光场与流场的耦合计算,包括光能提取动力学和增益恢复机制。本项目旨在揭示电激励氧碘激光器中的等离子体、内流场和光场的多物理场耦合动力学机制,为有效提升电激励氧碘激光器的能量效率和研制新型电激励激光器奠定理论和技术基础。

项目摘要

电激励氧碘激光器以其全气相、安全性和长时间连续运转等优点,使其易于实现封闭式全循环运转,对实现氧碘激光器的小型化、轻量化具有重要意义。然而,该体系包含复杂的等离子体、流体和光提取等过程,且各过程之间存在较强的耦合作用关系,未能在实验上获得高的能量效率。因此,本项目以射频放电驱动全气相氧碘激光器为研究对象,建立了EOIL多物理场耦合模型并完成了数值模拟仿真研究,发展和完善了单重态氧和碘原子产生的放电结构和激励方式、以及激光谐振腔工艺方案的优化设计,阐明了射频放电EOIL中等离子体与化学流场的相互作用机制和光腔区增益恢复机理,为EOIL高效产生单重态氧和碘原子、增强激光能量提取效率以及研制新型电激励激光器提供了理论依据和指导。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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