王　旭，謝冀江，潘其坤，王春銳，邵春雷，邵明振

(1.中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所

激光與物質(zhì)相互作用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春130033;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

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非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的研究進(jìn)展

王旭1,2，謝冀江1*，潘其坤1，王春銳1，邵春雷1，邵明振1

(1.中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所

激光與物質(zhì)相互作用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春130033;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

摘要：HF/DF激光器是中紅外波段能提供最高能量輸出的激光光源，也是中紅外波段應(yīng)用非常廣泛的相干光源。本文介紹了近幾年國(guó)內(nèi)外關(guān)于非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的研究進(jìn)展及其成果應(yīng)用，分析了非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器在應(yīng)用方面的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了實(shí)現(xiàn)非鏈?zhǔn)紿F/DF激光輸出的關(guān)鍵技術(shù)和存在的問(wèn)題，指出了該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:HF/DF激光器；非鏈?zhǔn)?；放電引發(fā)方式；激光應(yīng)用

Research progress of non-chain HF/DF laser

1引言

輻射波段2.7~3.1 μm(HF)，3.5~4.2 μm(DF)的HF/DF化學(xué)激光器[1-3]，由于其易于實(shí)現(xiàn)高功率輸出、光束質(zhì)量好、輻射光譜豐富等特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于光電對(duì)抗、環(huán)境檢測(cè)、激光雷達(dá)、激光化學(xué)、激光光譜學(xué)等領(lǐng)域[4-11]。HF/DF激光的產(chǎn)生方式主要有鏈?zhǔn)胶头擎準(zhǔn)絻煞N反應(yīng)類型。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)激光器一般采用H2(或D2)與F2的混合物作為反應(yīng)介質(zhì)，利用閃光、放電、燃燒等方式使氣體分子裂解實(shí)現(xiàn)混合氣體鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。非鏈?zhǔn)椒磻?yīng)激光器一般使用含氟化合物與H2(或D2)或者是碳?xì)浠衔?碳氘化合物)在放電引發(fā)或光解引發(fā)等條件下發(fā)生非鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)。

鏈?zhǔn)降腍F/DF激光器多采用燃燒驅(qū)動(dòng)的方式，產(chǎn)生高能態(tài)的HF(DF)分子，理論上可以在v=1→10的各個(gè)振動(dòng)能級(jí)上躍遷。該類激光器是化學(xué)激光器，利用放熱的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因此激光的輸出功率不受注入能量的限制，可以較為容易地實(shí)現(xiàn)大功率和高效率的輸出。但這類激光器缺點(diǎn)也很明顯，即燃燒驅(qū)動(dòng)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，由于存在支鏈反應(yīng)而有爆炸的危險(xiǎn)。

非鏈?zhǔn)降腍F/DF激光器大多采用放電引發(fā)的方式，主要有預(yù)電離放電技術(shù)、自引發(fā)放電技術(shù)和電感引發(fā)放電技術(shù)等。放電引發(fā)的非鏈?zhǔn)椒磻?yīng)利用高能電子碰撞解離含氟化合物(SF6)中的氟原子，氟原子和H2(D2)或碳?xì)浠衔?碳氘化合物)反應(yīng)生成高能態(tài)的HF(或DF)分子。非鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋放的能量較鏈?zhǔn)椒磻?yīng)小，反應(yīng)生成的HF/DF分子布局在v=1→4振動(dòng)能級(jí)上。非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器反應(yīng)物質(zhì)無(wú)毒、無(wú)腐蝕性且沒(méi)有支鏈反應(yīng)，克服了鏈?zhǔn)郊す馄髦仡l運(yùn)轉(zhuǎn)下易爆炸和不可控的缺點(diǎn)，同時(shí)其光束質(zhì)量更好，結(jié)構(gòu)緊湊便于實(shí)現(xiàn)小型化。但由于F原子需要高能電子碰撞解離含氟化合物才能生成，因而激光器的輸出功率受外界引發(fā)條件的限制，造成非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的電光轉(zhuǎn)換效率不高[12]。

目前，隨著新型放電方式及其他技術(shù)的改進(jìn)，非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的輸出功率及電光轉(zhuǎn)換效率有了很大的提高，所以近年來(lái)非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的技術(shù)的發(fā)展受到廣泛關(guān)注。本文主要介紹近年來(lái)非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)HF/DF激光器的發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)和存在的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，在此基礎(chǔ)上指出該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。

2非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的放電引發(fā)技術(shù)

非鏈?zhǔn)紿F/DF化學(xué)激光器問(wèn)世于20世紀(jì)60年代，由于其特殊的波段及廣泛的應(yīng)用范圍吸引了許多研究者的目光[13-15]。1967年美國(guó)科學(xué)家Deutsch利用縱向放電形式首次得到了HF激光輸出[1]。同年德國(guó)科學(xué)家Kompa等人利用閃光光解引發(fā)方式在UF6和D2的混合物中得到DF激光輻射[2]。一直以來(lái)提高激光能量都是激光技術(shù)非常重要的研究?jī)?nèi)容，HF/DF激光技術(shù)的發(fā)展主要是從改進(jìn)引發(fā)方法和工作介質(zhì)兩方面提高激光能量。

2.1　預(yù)電離放電技術(shù)

在眾多的含氟化合物(UF6、N2F4、NF3、SF6)中SF6由于其無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定(室溫條件下不會(huì)分解)且可以使HF/DF激光器得到最大的脈沖能量輸出和電效率，因而在非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器中是最好的F原子施主[16]。雖然SF6是最好的F原子施主，但是SF6具有很強(qiáng)的電子吸附能力，不容易得到均勻穩(wěn)定大體積的輝光放電，使得反應(yīng)物質(zhì)中的能量沉積率較低，整個(gè)激光器的輸出功率難以提高。20世紀(jì)60、70年代為了解決這一問(wèn)題，在CO2激光器的放電技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了紫外預(yù)電離[17-18]、電子束預(yù)電離[19-20]、X射線預(yù)電離[21-22]等放電技術(shù)，其放電示意圖分別如圖1~3所示。運(yùn)用這些技術(shù)，成功將激光器的輸出能量提高到了焦耳量級(jí)。

圖1　紫外預(yù)電離示意圖 Fig.1　Schematic plot of UV preionization

圖2　電子束預(yù)電離示意圖 Fig.2　Schematic plot of electron-beam preionization

圖3　X射線預(yù)電離示意圖 Fig.3　Schematic plot of X-ray preionization

紫外預(yù)電離技術(shù)是在主放電發(fā)生之前利用紫外光照射主放電區(qū)域，產(chǎn)生一定濃度的初始電子，進(jìn)而產(chǎn)生均勻無(wú)弧的輝光放電。電子束預(yù)電離是在激光器放電區(qū)中注入高能電子束，產(chǎn)生維持放電電流所必須的電離度，以便產(chǎn)生大體積的輝光放電。X射線預(yù)電離是利用高能電子束通過(guò)金屬箔，形成高密度金屬等離子體，發(fā)射X射線，進(jìn)入放電區(qū)使氣體預(yù)電離，最終形成大體積的輝光放電。預(yù)電離放電技術(shù)雖然解決了強(qiáng)電負(fù)性氣體大體積輝光放電的難題，但是預(yù)電離條件下的放電不夠均勻，預(yù)電離器件體積大、壽命短、箔膜材料可靠性低等缺陷制約了該技術(shù)的發(fā)展。而對(duì)于HF/DF激光器來(lái)說(shuō)，預(yù)電離技術(shù)產(chǎn)生的輝光放電均勻性較差，輸出功率難以提高，且電光轉(zhuǎn)換效率低，限制了HF/DF激光器性能的提高。

2.2　自引發(fā)放電技術(shù)

2000年左右俄羅斯科學(xué)院普通物理所的Firsov等人提出了自引發(fā)放電技術(shù)，實(shí)驗(yàn)得到了單脈沖能量403 J的HF激光輸出與325 J的DF激光輸出[23]，是目前報(bào)道的最高單脈沖能量輸出。

自引發(fā)放電技術(shù)是在傳統(tǒng)預(yù)電離和自持體放電技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)而成，利用均勻粗糙度表面的陰極而無(wú)需預(yù)電離就能得到均勻穩(wěn)定的輝光放電，圖4給出了放電示意圖。其特點(diǎn)是可以極大地增加激光器的激活體積和能量的沉積(注入能量可達(dá)到200 J/L)，而且對(duì)于電極面型沒(méi)有特殊要求，易于加工。迄今為止自引發(fā)放電中的許多物理過(guò)程還沒(méi)有統(tǒng)一的物理模型，對(duì)于其研究還處于摸索階段。相信隨著對(duì)自引發(fā)放電現(xiàn)象物理原理認(rèn)識(shí)的加深，利用這一技術(shù)可以得到更高能量的激光輸出[24-26]。

圖4　自引發(fā)放電示意圖 Fig.4　Schematic plot of self-initiated volume discharge

2.3　逃逸電子彌漫放電技術(shù)

近年來(lái)又出現(xiàn)了一種新型的放電方式—逃逸電子彌漫放電(Diffuse Discharge Formed by Run-Away Electrons簡(jiǎn)稱REP DD)。2010年俄羅斯的Tarasenko 等人對(duì)REP DD[27-28]做了大量的研究。利用這種放電方式可以得到幾納秒到幾十納秒的超短放電脈沖，其特點(diǎn)是能量沉積率高(可達(dá)90%以上)，可以應(yīng)用于大間隙的氣體放電，且不需要附加電離源。圖5是REP DD放電實(shí)驗(yàn)放電腔示意圖。該放電裝置利用SAEB-150電壓發(fā)生器產(chǎn)生幅度為150 kV，上升時(shí)間為0.3 ns的高電壓短脈沖，此電壓脈沖擊穿放電腔中的混合氣體產(chǎn)生脈寬極窄的激光。2014年，Panchenko等人利用上述的放電方式得到最大脈沖能量為55 mJ，內(nèi)效率為10%的高效短脈沖HF激光輸出和脈沖能量為40 mJ，內(nèi)效率為8%的DF激光輸出[29]。

圖5　REP DD放電示意圖 Fig.5　Schematic plot of REP DD

2.4　電感放電技術(shù)

為了提高HF/DF激光器中體積放電的均勻性，俄羅斯的Razhev等人提出了利用電感引發(fā)[30-31]HF化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)。利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)能量激勵(lì)SF6和H2混合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生HF激光。其實(shí)驗(yàn)電路如圖6所示。

圖6　電感式放電引發(fā)電路圖 Fig.6　Schematic plot of inductive discharge initiation

圖中L是引發(fā)電感，其長(zhǎng)度就是激活體積的長(zhǎng)度；THY是實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)脈沖的閘流管；C1、C2是兩個(gè)儲(chǔ)能電容；DT是內(nèi)充混合氣體的陶瓷放電管；W1和W2是MgF2窗口；M是鍍金反射鏡，W1和M組成諧振腔輸出激光。電感放電方式避免了電極放電中由于電場(chǎng)的不均勻性造成的放電收縮進(jìn)而降低輸出激光能量，還大幅減小了激光脈沖間振幅的波動(dòng)，而且避免了電極腐蝕產(chǎn)物對(duì)放電腔的污染。利用上述引發(fā)方式于2013年實(shí)驗(yàn)得到單脈沖能量10 mJ，峰值功率5 kW，脈沖持續(xù)時(shí)間5 μs的HF激光輸出[32]。

3非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器研究進(jìn)展及應(yīng)用

3.1　非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的研究進(jìn)展

20世紀(jì)90年代，法國(guó)的Brunet等人提出利用光觸發(fā)放電技術(shù)引發(fā)SF6混合物的化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生HF/DF激光。Brunet等人利用光觸發(fā)放電技術(shù)研究了各種含H/D化合物對(duì)激光輸出能量的影響，發(fā)現(xiàn)C2H6代替H2可以得到更均勻的放電和更大的激光能量輸出，同理利用碳氘化合物代替D2也可以提高輸出激光能量，性價(jià)比最高的是C6H12。在SF6和C2H6的混合氣體中得到了單脈沖12J的HF激光輸出，在SF6和C6D12中得到了單脈沖8 J的DF激光輸出[33-34]。

從2003年開始俄羅斯科學(xué)院強(qiáng)流所Tarasenko等人對(duì)非鏈?zhǔn)矫}沖HF/DF激光器的電光轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)改變儲(chǔ)能放電電路以減小放電后的電能殘余，達(dá)到提高能量沉積率提高電光轉(zhuǎn)換效率的目的。并對(duì)放電電場(chǎng)均勻性、預(yù)電離強(qiáng)度、放電脈沖時(shí)間以及混合物組分和特性對(duì)電光轉(zhuǎn)換效率的影響做了研究，發(fā)現(xiàn)放電間隙間電場(chǎng)越均勻最終的輸出能量越高；強(qiáng)烈的預(yù)電離可以避免放電收縮，提高輸出能量；泵浦脈沖時(shí)間越短輸出能量越大。在優(yōu)化以上實(shí)驗(yàn)條件下總的電光轉(zhuǎn)換效率可達(dá)5%~6%[35]。

近年來(lái)關(guān)于非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的研究主要集中在重復(fù)頻率運(yùn)轉(zhuǎn)方面。對(duì)于脈沖激光器來(lái)說(shuō)重復(fù)頻率運(yùn)轉(zhuǎn)是衡量激光器性能的重要指標(biāo)，化學(xué)激光器由于在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)消耗反應(yīng)物質(zhì)，在重復(fù)頻率運(yùn)轉(zhuǎn)方面一直很難做出突破。俄羅斯聯(lián)邦原子能中心的Velikanov等人，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)影響HF/DF激光器重頻運(yùn)轉(zhuǎn)能力的原因，除了化學(xué)反應(yīng)生成物中基態(tài)的HF/DF分子對(duì)激光的消激發(fā)作用(已于20世紀(jì)90年代，由法國(guó)的H.BRUNET等人通過(guò)增加分子篩或堿性吸附劑的方法得到解決)之外，最重要的原因是激光器中的聲波擾動(dòng)，會(huì)使放電間隙內(nèi)的反應(yīng)物不均勻，從而引起放電的不均勻，最終導(dǎo)致激光器的功率和頻率的下降。解決方法是引入結(jié)構(gòu)組件來(lái)抑制聲波，還可以添加緩沖氣體和增大風(fēng)速以提高清洗系數(shù)，來(lái)達(dá)到增加重復(fù)頻率的目的。在2009年研制出了輸出功率為40 W、重復(fù)頻率超過(guò)2 000 Hz、電光轉(zhuǎn)換效率約為2%的HF激光器和輸出功率為33 W、重復(fù)頻率超過(guò)2 200 Hz、電光轉(zhuǎn)換效率約為1.6%的DF激光器[36]。

我國(guó)的HF/DF激光器的研究工作起步較晚，與先進(jìn)國(guó)家相比還存在較大的差距，還處于理論學(xué)習(xí)和技術(shù)積累階段。目前只有少數(shù)單位開展了這方面的研究，主要的研究單位有中科院電子所、西北核技術(shù)研究所、長(zhǎng)春光機(jī)所、大連化物所等。中科院電子所在2007年采用側(cè)面滑閃預(yù)電離技術(shù)研制了一臺(tái)重復(fù)頻率為1~3 Hz，最大激光脈沖能量為1.6 J(1.2 J)的HF(DF)激光器[37]，在2010年又利用紫外預(yù)電離自持放電技術(shù)得到350 mJ的HF激光脈沖輸出，激光峰值功率達(dá)到了1.4 MW，電光轉(zhuǎn)換效率為1.6%[38]。西北核技術(shù)研究所在2011年研制出了最大單脈沖能量為0.6 J，峰值功率為3 MW，重復(fù)頻率為50 Hz，平均功率為13 W，電光轉(zhuǎn)換效率為2.4%的非鏈?zhǔn)紿F激光器[41]。長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所在2014年獲得了單脈沖最大能量為4.95 J，峰值功率為33.27 MW的DF激光輸出[44]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于HF激光的重要成果見(jiàn)表1。

表1　非鏈?zhǔn)紿F激光器的研究進(jìn)展

3.2　非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的應(yīng)用

中紅外波段是許多氣體分子的吸收峰所在的波段，所以利用HF/DF激光可以很容易探測(cè)多種氣體污染物(CO、NO、硫化物等)，也可以利用HF/DF激光泵浦其他激勵(lì)物質(zhì)，從而獲得其他波段的激光。

2005年Agroskin等人利用基于DF激光器雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)氣溶膠顆粒背向散射光譜的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了煤油、蒸餾水、工業(yè)用油(石油產(chǎn)品)和二丁胺(DBA)的相對(duì)后向散射系數(shù)，DF激光雷達(dá)系統(tǒng)可以精確地鑒別出這幾類物質(zhì)[6]。

2003年Yuri N.Frolov等人研究了利用DF激光探測(cè)地下礦道中甲烷濃度的方法，制作出了激光雷達(dá)系統(tǒng)模型和地下環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停跐穸却笥?0%、粉塵濃度為10 mg/m3條件下，檢測(cè)了甲烷濃度在0.1%~3%區(qū)域內(nèi)DF激光各支激光能量的吸收系數(shù)，實(shí)驗(yàn)證明甲烷濃度為0~0.75%最大吸收系數(shù)在P1(9)支；濃度為0.75~2.75%最大吸收系數(shù)在P2(5)支[7]。

2004年俄羅斯的Burtsev等人利用DF激光的2P9線泵浦HBr氣體，得到了轉(zhuǎn)換效率為2%、輻射波長(zhǎng)為4 μm的HBr激光[4-5]。

2014年俄羅斯的Firsov等利用HF激光在室溫下泵浦ZnSe∶Fe2+晶體，得到了中心波長(zhǎng)為4.5 μm，轉(zhuǎn)換效率為40%的ZnSe∶Fe2+激光[49-51]，其實(shí)驗(yàn)光路示意圖如圖7所示，其中F是濾波器，L是透鏡，W是BaF2光楔，M1、M2是激光腔鏡，C1、C2、C3是能量計(jì)。

圖7　ZnSe∶Fe2+激光生成示意圖 Fig.7　Schematic plot of ZnSe∶Fe2+ laser

用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的激光雷達(dá)要求激光脈沖的能量波動(dòng)盡可能小從而可以精確地檢測(cè)污染物的濃度，還要求脈沖輸出以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控?，F(xiàn)有的HF/DF激光器在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)方面還存在許多問(wèn)題，由于放電不均勻、反應(yīng)生成物的消激發(fā)作用等原因脈沖能量波動(dòng)很明顯，對(duì)于監(jiān)測(cè)的精確度和實(shí)時(shí)性有相當(dāng)大的不良影響；另外影響HF/DF激光器實(shí)際應(yīng)用更重要的一點(diǎn)是其龐大的體積，這對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的靈活性造成致命的影響，這是HF/DF激光器走向?qū)嵱秘酱鉀Q的問(wèn)題。

基于HF/DF激光輻射波段的特點(diǎn)，伴隨著技術(shù)的發(fā)展，更高功率和更長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的HF/DF激光器還可能在軍事紅外探測(cè)、激光生物、高精度激光手術(shù)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

4非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展展望

化學(xué)激光器最大的優(yōu)勢(shì)是易于實(shí)現(xiàn)高功率輸出，因?yàn)槠湫纬闪Ｗ訑?shù)反轉(zhuǎn)不需要外界激勵(lì)源不斷泵浦，依靠化學(xué)反應(yīng)釋放的能量泵浦粒子以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因而其能量轉(zhuǎn)換效率很高甚至可以超過(guò)100%(如鏈?zhǔn)紿F激光器能量轉(zhuǎn)換效率可以高達(dá)200%)。但非鏈?zhǔn)紿F激光器的電光轉(zhuǎn)換效率普遍較低(一般不超過(guò)5%)，是由于電能全部用來(lái)解離含氟化合物以產(chǎn)生F原子，而化學(xué)反應(yīng)釋放的能量也不是全部轉(zhuǎn)化為HF/DF激光的能量，與注入總能量相比最終轉(zhuǎn)化為激光的能量只占很小的一部分。同時(shí)也造成激光脈沖能量難以大幅度提高。另外，非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器實(shí)現(xiàn)激光輸出的同時(shí)不斷的消耗反應(yīng)物質(zhì)，造成激光器不能持續(xù)穩(wěn)定的輸出激光脈沖。

引發(fā)方式是非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器的核心技術(shù)，是對(duì)輸出功率和電光轉(zhuǎn)換效率影響最大的技術(shù)，可以從泵浦源方面提高激光器的工作能力。尋找更加均勻穩(wěn)定的放電方式是提高非鏈?zhǔn)紿F/DF脈沖激光器功率的最重要方法，自引發(fā)放電技術(shù)是目前獲得HF/DF激光脈沖能量最高的引發(fā)方式，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獲得單脈沖能量為300~400 J的能量輸出，預(yù)期可達(dá)到上千焦耳的單脈沖輸出，是目前最有潛力的引發(fā)方式之一，代表著非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器放電引發(fā)方式的發(fā)展方向。

另外非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器也向著高重復(fù)頻率和脈沖能量穩(wěn)定方面發(fā)展，反應(yīng)生成物的清除和反應(yīng)氣體的補(bǔ)充以及合理的氣體流道設(shè)計(jì)是解決重頻運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。目前清除反應(yīng)生成物的方法主要有化學(xué)吸附和物理吸附兩種，化學(xué)吸附是利用堿性材料與反應(yīng)生成的HF(DF)分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以去除HF(DF)分子。物理吸附是利用分子篩、活性炭等物質(zhì)將HF(DF)分子束縛在吸附材料中以清除激光腔中的HF(DF)?，F(xiàn)有的非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器由于沒(méi)有對(duì)腔內(nèi)氣體組成成分的定量分析的技術(shù)，所以很難對(duì)氣體進(jìn)行精確的補(bǔ)充。如果能夠?qū)す馇粌?nèi)的氣體組分做到精確的分析，激光器的重頻工作能力將得到很大的提升。

中紅外激光是一特殊波段的激光，無(wú)論是大氣窗口可以用于激光雷達(dá)中，還是許多化學(xué)分子的吸收峰值所在波段可以用于許多激光物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)之中，或是人體骨骼可以強(qiáng)烈吸收的波段可以用于高精度的激光手術(shù)中，非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器是中紅外波段少數(shù)能夠提供高功率輸出的激光器之一。鑒于HF/DF激光波段的重要性，及激光器的輸出能量和重頻運(yùn)轉(zhuǎn)能力的不斷提升，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)它的關(guān)注程度日益提高。我國(guó)對(duì)HF/DF激光器的研究工作已經(jīng)取得了許多成果，但與國(guó)際水平相比還存在許多不足。近年來(lái)國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)開展了HF/DF激光項(xiàng)目的研究，相信隨著研究工作的深入，我國(guó)該類激光器技術(shù)將取得巨大的成果。

5結(jié)束語(yǔ)

非鏈?zhǔn)矫}沖HF/DF激光器是中紅外波段最容易實(shí)現(xiàn)高功率輸出的激光光源，正越來(lái)越多地受到研究者的關(guān)注。從目前的HF/DF激光器的發(fā)展來(lái)看，引發(fā)方式是HF/DF激光器的核心技術(shù)，自引發(fā)放電技術(shù)是最有可能突破kJ量級(jí)能量輸出的引發(fā)方式，REP DD放電技術(shù)在短脈沖放電方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，電感放電方式得到的激光能量更加穩(wěn)定。目前，非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器最大單脈沖已達(dá)到300 J，重復(fù)頻率運(yùn)轉(zhuǎn)已超過(guò)2 000 Hz，被應(yīng)用在大氣監(jiān)測(cè)、激光泵浦源等方面?；谠擃惣す馄鞲吣芰?、高光束質(zhì)量和人體組織對(duì)中紅外激光選擇吸收的特點(diǎn)，未來(lái)在光電對(duì)抗和高精度激光手術(shù)中也可能得到應(yīng)用。今后非鏈?zhǔn)紿F/DF激光器向著高功率、低重頻，或低功率、高重復(fù)頻率、高穩(wěn)定性方面發(fā)展。

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王　旭(1990—)，男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市人，碩士研究生，2013年于吉林大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事激光技術(shù)及其應(yīng)用的研究。E-mail: 584886974@163.com

謝冀江( 1959—) ，男，江蘇鎮(zhèn)江人，學(xué)士，研究員，碩士生導(dǎo)師，1983 年于哈爾濱科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事激光器及其應(yīng)用技術(shù)方面的研究。E-mail: laserxjj@163.com

潘其坤(1985—)：男，河南開封人，博士，2009年于東北林業(yè)大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，2014年于中國(guó)科學(xué)院大學(xué)長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所獲得博士學(xué)位，主要從事中長(zhǎng)波紅外激光器及其應(yīng)用技術(shù)方面的研究。E-mail: panqikun2005@163.com

王春銳(1983—)：女，吉林長(zhǎng)春人，博士，助理研究員，2006年于大連理工大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，2012年于中科院大連化物所獲得博士學(xué)位，主要從事激光器及其應(yīng)用技術(shù)方面的研究。E-mail:Crwang@ciomp.ac.cn

邵春雷( 1963—) ，男，黑龍江牡丹江人，研究員，碩士生導(dǎo)師，1984 年于東北工學(xué)院獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事高功率脈沖氣體激光器技術(shù)的研究。E-mail: sclem@sina.com

邵明振(1985-)：男，山東菏澤人，博士，2009年于濟(jì)南大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，2014年于中國(guó)科學(xué)院大學(xué)長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所獲得博士學(xué)位，主要從事高功率氣體激光器的研究。E-mail: smz2050@163.com

WANG Xu1,2, XIE Ji-jiang1*, PAN Qi-kun1, WANG Chun-rui1, SHAO Chun-lei1, SHAO Ming-zhen1

(1.StateKeyLaboratoryofLaserInteractionwithMatter,ChangchunInstituteofOptics,

FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciences,Changchun130033,China;

2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Abstract:HF/DF laser is a laser light source offering the highest output energy in the mid-infrared wave band. It is also a coherent source with wide application prospect. The research production and application of the non-chain HF/DF laser are reviewed in this paper. The advantages and disadvantages of the non-chain HF/DF laser are analyzed in the application field. The key techniques and problems generating the non-chain HF/DF laser are concluded and analyzed. The future development directions of the non-chain HF/DF laser are pointed out.

Key words:HF/DF laser;non-chain;discharge initiate;laser application

作者簡(jiǎn)介：

*Corresponding author, E-mail:laserxjj@163.com

中圖分類號(hào)：TN248.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

doi:10.3788/CO.20150803.0340

文章編號(hào)2095-1531(2015)03-0340-10

基金項(xiàng)目：科技部國(guó)際合作專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(No.2011DFR10320)；國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主基礎(chǔ)研究課題(No.SKLLIM1310-01)

收稿日期:2014-12-16；

修訂日期:2015-02-11