为了获得高重复频率高功率中红外氟化氢(HF)激光输出,采用自动紫外预电离和对称Chang氏电极结构,制备了闭环的非链式重复频率HF激光器,并对其进行了详细介绍。实验研究了激光器的输出特性和重复频率运行特性,获得了激光能量随重复频率的变化规律。在增益区气体流速为16 m/s,工作电压为25 kV,总气体压强为8.5 kPa、物质的量分数分别为92%和8%的SF₆和C₂H₆混合气体条件下,实现了重复频率为150 Hz、平均功率为200 W的HF激光输出。

非链式脉冲DF激光器放电产生的基态DF分子对激发态DF分子的消激发作用是影响激光器稳定工作的重要原因。为解决这一问题, 分别采用3A和5A分子筛作为吸附剂进行实验研究。无分子筛时, 激光器重频运转1 000个脉冲后, 输出功率下降到初始功率的56%。分别使用3A、5A分子筛后, 激光器重频运转脉冲个数达到5 000和6 800时, 输出功率下降幅度仍然不超过20%, 大大提高了激光器的稳定工作时间。实验结果表明, 5A分子筛的吸附效率大于3A分子筛, 且两种分子筛不仅对基态DF分子产生吸附, 还对工作气体产生吸附, 可通过及时补充工作气体提高激光器的稳定性。

研制了一台采用紫外火花预电离和横向放电结构的非链式电激励脉冲HF激光装置，采用氢闸流管结合一级磁脉冲压缩开关的高功率电激励系统。实验研究了激光工作介质SF6，H2不同压强比和总工作气压对激光输出能量的影响，得出了最佳气体组分，确定了最佳工作气压。总气压在8.8 kPa，气体组分H2与SF6气压比为1:9时，获得最佳的激光输出，输出能量达到1.3 J，激光器的光电转换效率达到2.4%。

设计了一种紧凑型放电引发非链式氟化氘（DF）脉冲激光器，引入基于闸流管的一级磁脉冲压缩高压快上升沿放电引发回路，形成39.5 kV、100 ns上升沿高压快脉冲。紧凑型张氏放电电极结合紫外(UV)火花预电离，在电极间距为30 mm激活区形成均匀辉光放电，注入能量密度达190 J/L。激光谐振腔选用平平腔结构，激光工作气体采用SF6和D2，其气体配比优化为10:3，此时获得最大能量输出为877 mJ，电光转换效率为1.9 %，脉宽约200 ns，光斑为30 mm×9 mm。

研究了工作气体分压比、总气压、充电电压及输出镜反射率对激光单脉冲能量、脉冲宽度及峰值功率的影响。实验结果表明：对于输出能量，工作介质SF6和D2的分压比为10∶1及输出镜反射率为30%时最佳，正常辉光放电状态下提高充电电压有利于增加单脉冲能量，且对于每个电压存在使能量最大的最佳气压值。激光脉冲宽度随工作气体分压比及总气压的增大不断变窄，但随充电电压和输出镜反射率的升高不断变宽。综合考虑输出能量和激光脉宽，激光峰值功率的总体变化趋势与能量一致，但二者取得最大值所对应的气体参数及输出镜参数存在差别。

HF/DF激光器是中红外波段能提供最高能量输出的激光光源, 也是中红外波段应用非常广泛的相干光源。本文介绍了近几年国内外关于非链式HF/DF激光器的研究进展及其成果应用, 分析了非链式HF/DF激光器在应用方面的优缺点, 总结了实现非链式HF/DF激光输出的关键技术和存在的问题, 指出了该技术的未来发展方向。

为了探索氟化氘(DF)激光器级联效应及工作气体参数对激光光谱的影响，对自引发放电非链式脉冲DF 激光器进行了光谱特性测试。采用DF激光谱线分析仪和HgCdTe光电探测器测试了P3(7) →P2(8) →P1(9)光谱脉冲波形，发现P1(9)支谱线率先实现振荡输出，脉冲前沿延迟80~100 ns后P2(8)、P3(7) 两条谱线依次输出。在不同工作气体配比及总气压条件下测试了DF 激光输出谱线条数及各谱线间相对能量，在3.5~4.2 μm 光谱范围内测得了22 条激光跃迁谱线，且总气压为8.1 kPa，工作气体(SF6和D2)气压配比为6:1时，具有量子级联效应的P3(8) →P2(9) →P1(10)光谱串能量占总输出能量的25.9%。结果表明，多谱线DF 激光器能级间存在量子级联效应，通过优化工作气体参数可有效提升级联谱线输出时增益提取效率。

采用紫外预电离的横向放电方式和稳定光学谐振腔, 使用无毒无腐蚀性的六氟化硫(SF6)和氘气(D2)作为工作物质, 研究了工作气体配比、总气压对放电引发非链式脉冲氟化氘(DF)激光器输出能量的影响。实验发现SF6与D2的最佳比例为10∶1, 最佳总气压为10.5 kPa。使用DF激光谱线分析仪对激光输出谱线进行了测量, 得到了17条P支跃迁谱线, 激光能量集中在3.876 μm附近的几条谱线。利用烧蚀光斑的方法测得输出激光束水平方向、垂直方向的发散角均为1 mrad。在最佳工作条件下, 充电电压为39 kV时, 激光单脉冲输出能量达到最大值3.58 J, 此时激光脉冲宽度为215 ns, 峰值功率为16.65 MW, 电光转换效率为2.08%。

基于化学反应的非链式脉冲DF激光器是产生35~41 μm波段的有效相干辐射光源，具有存储能量水平高等优点。这些优点使得该激光器倍受中红外领域激光研究者的重视。为了更好地提高非链式脉冲DF激光器的输出性能，研制高能量水平的DF激光器，本文详细介绍了自引发大体积放电技术、混合气体配比技术、循环冷却技术等DF激光器关键技术，重点介绍了自引发大体积放电技术。这几种技术将为研制高性能DF激光器提供理论指导。