氧碘化学激光器（COIL）在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致“热堵”现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明：通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,“热堵塞”现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。

针对超音速化学氧碘激光器增益介质的横流特性,设计了具有增益负反馈的光学谐振腔结构,通过化学反应的超音速流场和光场的耦合仿真,根据具体的激光器运行参数,论证了这种结构实现自脉冲激光的可行性.结果表明:振荡激光在增益区上游放大次数越多,对上游增益介质能量提取能力越强,脉冲调制作用越显著.采用激光光斑缩束再放大的结构设计,脉冲激光的峰值功率提高10~20倍,从理论上证明了增益负反馈的调制方法能够实现横流激光器脉冲激光输出.

受化学氧碘激光器(COIL)高效率小型化及新型压力恢复技术发展的推动，考虑COIL中气体氧的低温吸附问题。从质量守恒观点出发考察了气体流过沸石多孔床的压力与速度的关系，建立了吸附剂吸收的物质与气流中物质关系的吸附平衡方程。由吸附物较少的特点，得出在确定的压力梯度下速度为常数的近似。由吸附平衡方程与吸附速率方程，构成低温吸附模型方程，其中，亨利等温线方程作为辅助关系。对低温吸附模型方程作数值求解，得到了气流中氧质量浓度及吸收的氧质量浓度随时间变化的规律，以及这些质量浓度分布的长时间渐近特征。

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度, 是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法, 得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数, 并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明, 在COIL出光60 s试验中, 热交换器可以使尾气温度从590 K降低到160 K, 出口截面温度不均匀度小于21 K, 经过热交换器的气流总压损失小于100 Pa。

燃烧驱动全气相碘激光器需要通过燃烧产生所需要的氟原子,但是用于点火的脉冲源对微弱信号测试产生了严重干扰。为了解决燃烧驱动点火控制脉冲源对微弱信号测试的干扰，基于燃烧室内气体一旦点燃压力就迅速升高的特点，采用仪表、集成电路等研制了一套具有反馈控制的闭环点火控制系统。对系统的工作原理和硬件组成分别进行了介绍。实验表明，本系统既可以保证系统正常点火，又能保证系统在无干扰的情况下实现测试。

超音速化学氧碘激光器(SCOIL)是一个集气体流动过程、化学反应过程和光学过程相互耦合的复杂系统。在激光能量提取过程中，光能的输出会导致流动增益介质各组分浓度及气动特性的改变。利用计算流体力学软件耦合傍轴波动方程求解程序，实现了三维Navier-Stokes流场控制方程与波动光学方程的全三维耦合计算，研究了出光过程中超音速流场及化学反应过程的变化。结果表明，此计算方法有效解析了能量提取过程对激光器流场、化学场诸参量的动态影响，光能提取过程促使气流中的单重态氧不断地提供抽运能量而被更快地消耗；在不同的提取效率下，腔内温度在光能提取前后的变化情况不同。

对于O2，O2/He，O2/Ar等的气体放电过程，进行了玻尔兹曼方程的计算求解，获得了电子能量分布函数、平均电子能量、能量利用效率等参数。计算结果表明，获得的电子能量分布函数呈现出典型的非麦克斯韦型分布，这说明在较低的电场强度下不宜采用麦克斯韦型分布的电子能量分布函数。在同样的约化场强(E/N)下纯氧放电的平均电子能量最低，加入载气He和Ar后平均电子能量增加。同样氧气含量的O2/He和O2/Ar混合物，其平均电子能量随着约化场强的变化曲线存在一个交叉点，当E/N较小时，O2/Ar的平均电子能量较高，而当E/N较大时O2/He的平均电子能量较高。添加NO气体对击穿场强影响不大，因此在放电气体中引入NO，降低电离能进而降低约化场强E/N并不是提高单重态氧产率的主要因素。当氧气中含有15%的单重态氧O2(a1Δ)时对平均电子能量有一定的影响，但并不显著。纯氧放电的最佳约化场强为10 Td，随着O2含量的降低，最佳约化场强也逐渐降低。平均电子能量随着放电频率的变化先是有一个平台期，然后开始一直下降。用于激发O2(a1Δ)的电子能量利用效率随着放电频率的变化在E/N不同时有所不同，10 Td时一直下降，但50 Td时则呈现出先上升后下降的趋势，存在着一个最佳放电频率，300 K、1333.22 Pa时的最佳放电频率为10 GHz。

采用计算流体力学方法, 研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流, 可以提高光腔出口的驻点压力；高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢, 在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合；喷管出口安装大翼片, 翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心, 光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型, 模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明：光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子, 光腔中获得了正增益, 而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。

在超音速化学氧碘激光器的设计中, 为了削弱光腔部分的化学反应放热对激光器出光的负面效应, 在光腔部分通常加入一扩张角。为了研究这一扩张角对激光器内流场的作用, 根据kW级超音速化学氧碘激光器的实验平台, 数值模拟了激光器内超音速混合喷管至光腔部分的流动过程, 解析了光腔扩张角对内流场的流动参量和化学增益的影响, 从维持压强和温度稳定性方面比对分析了不同扩张角度的性能, 并探索了喷管高度和扩张角之间的规律。结果表明: 此kW级超音速化学氧碘激光器的合理光扩张角度为4.5°。

氧碘激光是由激发态O2(1D)与基态碘原子近共振传能来实现的。传统的氧碘化学激光器(COIL)采用气液化学反应来产生O2(1D)。一种全气相、更安全易行的基于电激励O2(1D)发生器的氧碘激光器是当前国际上的研究热点。通过对最新文献的综述分析, 归纳整理了电激励氧碘激光器(EOIL)研究中的关键问题所在, 并对未来发展趋势及需要解决的问题等进行了分析总结。