[發明專利]一種同軸套筒狀單重態氧發生裝置

無效

• 申請號: 201210530865.X
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103872565A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 李留成;多麗萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01S3/0953
• 分類號: H01S3/0953
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及電激勵氧碘激光器（EOIL）儲能粒子的發生技術，具體地說是一種在不顯著降低單重態氧相對產率的條件下，能有效地提高運行時的氣體壓力和氣體流量，增強電激勵氧碘激光器規模放大能力的一種裝置。

背景技術

電激勵氧碘激光器采用氧氣放電來產生單重態氧，憑借著原料安全無毒，全氣相操作，適應能力更強而具有更多的優勢。通過放電方法產生單重態氧的裝置稱為放電單重態氧發生器（Discharge?SingletOxygen?Generator），縮寫為DSOG。

影響DSOG性能的因素一般有兩個，一個是單重態氧產率，即單重態氧占總氧的百分比；另一個是單重態氧的絕對濃度，這兩個因素關系到電激勵氧碘激光器的小信號增益大小和功率規模放大的能力。因此，一個好的DSOG應該在增加運行時氣體壓力的同時，基本保持單重態氧產率變化不大。

眾所周知，氧碘激光器的小信號增益隨著溫度的降低而增加，所以一般都采用超音速形式運行。當超音速膨脹發生時，溫度迅速降低，并且馬赫數越大，溫度降低得越多，越有利于小信號增益。考慮到在一定的馬赫數條件下，光腔壓力與上游放電腔壓力成正比，因此為了保證的光腔區單重態氧的絕對濃度較高，必須要求放電區的氣體壓力要很大才行，也就是說放電過程要在較高的氣體壓力下運轉。

研究發現，在通過放電產生單重態氧時，單分子氧氣注入能量的最優化條件是每個氧氣分子5-8eV，大于這個值后單重態氧的產率反而會下降。因此，為了將電激勵氧碘激光器的功率提高到千瓦級水平，必須同步提高放電區域的氧氣流量，否則單分子氧氣注入能量就會過大，降低單重態氧的產率。根據文氏管氣體流量公式，當上游壓力一定時，氣體流量與管道面積成正比，為了提高氣體流量，需要提高放電區的通道面積。

研究發現，氧原子對單重態氧的猝滅作用較大，并且主要是通過三體碰撞猝滅過程進行的：O₂(a¹Δ)+O+M?→O₂+O+M，k=1x10^-32cm⁶/s，其中M是第三體碰撞伴侶（一般是O₂）。因此，當氣體壓力逐漸增高時，單重態氧的產率則隨之下降，目前較高的單重態氧產率都是在較低的放電氣體壓力下獲得的（氧氣分壓小于2torr）。為了提高放電氣體壓力，可以采用縮短放電電極間距的方法來實現，研究發現，當縮短放電電極間距的時候，可以在較高的氣體壓力下，不顯著降低單重態氧相對產率。

綜上所述，要達到在高產率條件下實現DSOG大流量、高氣壓的要求，所需要滿足的條件應包括：（1)、高的氣體壓力，（2)、大的通道面積，（3)、短的放電間距。

傳統的DSOG一般采用單根石英玻璃管兩側放置電極板，構成介質阻擋放電裝置，因此放電電極間距就取決于石英玻璃管的外直徑。

為了提高放電氣體壓力，目前大多都采用縮小單根石英玻璃管外直徑的方法來實現，但是這也造成了石英玻璃管孔徑的縮小（面積同時也縮小了），增大了流阻，減小了氣體的通過能力，導致氣體流量較小。

為了能使用大流量氣體，不得不采用多根玻璃管并列的形式；但即使多根玻璃管并列也不能有效地利用放電極板內的空間，所以也有的放電腔采用了長方體通道的形式，即矩形橫截面。

長方體放電腔可以做得很窄、很寬，基本滿足了短間距、大面積的要求。然而，它的缺點在于，長方體形式的通道耐壓能力不夠，在冷熱交替時，容易發生碎裂的情況。

因此，應該說截止到目前為止，還沒有一種足夠好的放電單重態氧發生器裝置，能夠很好地滿足在高產率條件下實現大流量、高氣壓的要求。我們的發明就是為了解決此問題而產生的。

發明內容

為了克服上述不足，本發明的目的是設計制作一種能夠滿足大流量、高產率、高氣壓要求的放電單重態氧發生器裝置，該放電裝置要堅固耐用，并且能夠在不顯著降低單重態氧相對產率的條件下，有效地提高運行時的氣體壓力，滿足大流量、高產率、高氣壓的要求，增強電激勵氧碘激光器規模放大能力。

為實現本發明的目的，具體技術方案為：

一種同軸套筒狀單重態氧發生裝置，包括兩個圓筒狀石英玻璃管，一個為內管，另一個為外管，內管置于外管中，兩個石英玻璃管為同軸套筒式結構，外管右端開口、左端密閉，內管左端開口、右端密閉，于靠近外管左端的外管壁上設有氧氣入口；內管和外管之間的空腔構成放電腔；

于外管的外側套設有圓筒狀金屬管，于內管的內部沿內管的軸線方向放置有圓筒狀金屬管，外管外的金屬管與內管內的金屬管構成一對放電電極。