研究了重复频率HF脉冲激光器的气体介质对激光输出能量稳定性的影响规律。计算结果表明,激光器放电区内SF₆的解离率约为1.5%(略高于实验测量值),工作气体介质的消耗速率为2.2×10 ¹⁵ (cm ^-3·s ^-1),但消耗量比气体的初始量小3~4个量级。通过合理控制激光器内HF的分子浓度,并适时补充激光器气体介质,可以提高激光器输出能量的稳定性。激光器输出能量变化分为过渡阶段和维持阶段,其中过渡阶段决定了重复频率工作模式下HF激光器的总体出光能力。计算结果可为重复频率非链式HF脉冲激光器设计提供技术支持。

处于3~5 μm波段的激光源在遥感、环境保护、医疗、通信和红外对抗等民用和军用领域都有广阔的应用前景。Fe2+:ZnSe晶体由于在材料特性和光学特性等方面都具有明显优势,是3~5 μm波段极具潜力的激光介质之一。在室温条件下利用自制非链式脉冲HF激光器作为泵浦光源, 对晶体直径为10 mm, 厚度1 mm, Fe2+离子掺杂浓度为3×1019/cm3的Fe2+:ZnSe晶体进行了研究, 获得了中心波长4 295 nm、最大输出能量78.8 mJ的中红外激光输出。输出激光能量相对于晶体吸收泵浦能量的转换效率为27.7%, 斜率效率达28.8%。采用小角度(3°)斜入射的方案很好地解决了Fe2+:ZnSe激光器谐振腔镜镀膜问题。

Fe2+∶ZnSe晶体作为3~5 μm波段极具潜力的中红外激光介质之一, 在材料特性和转换效率等方面具有明显优势。对Fe2+∶ZnSe晶体的吸收特性进行了研究, 利用自制放电引发的非链式脉冲HF激光抽运Fe2+掺杂浓度为4×1018 cm-3、尺寸为10 mm×10 mm×5 mm的Fe2+∶ZnSe 晶体, 在室温下获得了65 mJ 的高能量Fe2+∶ZnSe中红外激光输出, 光光转换效率为31%, 输出激光能量相对于晶体吸收抽运光能量的斜率效率可达37%。

放电引发重频HF/DF激光器具有的波长和功率优势使其成为当前中红外激光技术研究的热点之一。介绍了在利用紫外预电离横向放电结构建立的放电引发重频HF激光装置上，通过对气体循环系统增益区流场结构分析和注入管道结构的优化设计开展的重频能量稳定输出实验研究。实验结果表明，通过管道结构的优化设计，放电增益区流场均匀性得到明显改善，气体置换的最低流速达到6.5 m/s，激光器稳定运行频率由60 Hz提高到100 Hz，且稳定体放电的单位体积放电沉积能量由1.6 J/(ml?atm)(1 atm=1.013×105 Pa)提高到2.0 J/(ml?atm)，激光平均功率达到40 W。

反应产物基态HF分子对激态HF分子的碰撞弛豫是导致非链式脉冲HF激光器激光能量快速下降的重要原因.为解决该问题，理论分析了3A型分子筛去除基态HF分子的可行性，并开展了实验研究.实验结果表明，在不采用任何激光介质净化技术情况下，激光器重复频率50 Hz出光20 s的激光能量下降率高达52%，无法满足高功率重频HF/DF激光器的应用需求.在激光器循环管道中增加3A型分子筛吸附单元之后，激光器连续10余次重复频率50 Hz出光20 s的激光能量下降率小于15%，其中首次出光能量下降率仅为7.2%，提高了激光能量稳定性且延长了激光介质使用寿命.3A型分子筛不仅对基态HF分子具有良好吸附效果，而且具有再生活化功能，有望取代非链式脉冲HF激光器激光介质净化技术中常用的化学吸附法.

为提高非链式电激励脉冲HF激光的能量稳定性，分析了激光产生反应动力学和影响激光能量稳定性的主要因素，得知基态HF分子的生成、工作气体的温度上升以及工作气体C_{2H6的消耗是激光能量快速下降的主要原因。经实验研究，没有采用任何反应产物去除方法的情况下，激光器输出1600个脉冲激光后，激光能量下降率达31%，采用沸石分子筛吸附单元对基态HF分子进行吸附后，同样输出1600个脉冲激光，激光能量基本趋于平稳状态，且输出约5500个脉冲激光后，激光能量较初始平均值仅有10%的下降；另外，在激光器运行过程中，恢复工作气体的初始温度和补充少量的C2H6也能改善激光能量的稳定性，其中补充25%的C2H6气体可使激光能量提高近8%。由激光产生反应动力学和实验研究结果可知，增加分子筛吸附单元、工作气体温控单元和工作气体实时补给单元可提高激光能量的稳定性。output energy stability of non-chain HF laser}

采用放电图像拍摄和放电波形测量两种方法研究了放电激励HF激光工作介质SF6气体的放电特性。实验结果表明：SF6气体放电可以分为主放电、剩余电压维持和电弧放电3个阶段。主放电阶段为均匀体放电，电容储能大部分在此阶段沉积于放电等离子体中；剩余电压维持阶段无明显放电；在电弧放电阶段激光器以电弧形式消耗剩余储能。通过对放电波形的分析，获得剩余电压及主放电阶段能量沉积效率随充电电压的变化规律。随着充电电压提高，剩余电压下降，沉积效率逐渐提高。沉积效率最大值对应于主放电与电弧放电相接的时刻。

研究了封闭圆柱石英腔中化学计量CH4∶O2混合气的燃烧试验。使用了非定域脉冲HF激光触发和直接使用脉冲CO2激光器助燃两种引燃方法。第二种引燃方法是使用小剂量的可以强烈吸收脉冲CO2激光辐射的SF6来加热易燃混合气。研究了燃烧过程，并确定了燃烧辉光的谱线特征。试验表明，即使在小体积反应器中，固定数量反应气的快速激光加热也能够极大地加速燃烧进程并达到混合气燃烧的爆炸模式。得到了阈值情况下沿腔轴的初始温度分布。

研制了高功率、高重频非链式HF激光器，并研究了脉冲模式和重频模式下在SF6的混合气中增加电极边缘电场强度而不使用其它措施即可实现自持体引发放电的可能性，得到了重复频率为20 Hz，脉冲能量为67 J，转换效率为3%的激光输出。

研究了电激励脉冲HF激光工作介质SF6/C2H6混合气体的放电特性。通过对放电等离子体荧光图像和放电波形的测量, 分析比较了不同条件下放电稳定性、剩余电压、能量沉积效率等特性参数的变化情况。实验结果表明: 混合气体的放电过程存在主放电、剩余电压维持和电弧放电3个阶段, 各阶段的放电特性有所差异; 提高充电电压有利于放电能量的有效沉积, 也会使不稳定的电弧放电提前; 增加C2H6原子分数能起到抑制电弧放电的作用; 混合气体总压的增加会导致剩余电压的提高以及辉光放电的能量沉积效率的降低; 最佳的能量沉积出现在电弧放电阶段与辉光放电阶段即将融合的临界状态。