PDF《大口径铜蒸气激光“黑心”的优化消除 ！》

主要包括具有同轴结构 的激光头的电感等# ! ( 为一电感量较大的充电电 感, 在高重复率的放电过程中, 它可忽略不计# 在放电脉冲期间, 图 中外高压脉冲源对 ! 第( &

卷第%期$ # # #年%月 ###5!$&

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(#%)/ $2%5#2物理学报6*768 -

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图! 典型的铜蒸气激光器放电等效电路图 等效电路放电的电路方程为 ! ! # ($!%$#%! ! &

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) , ( # ) $! #%! ! / * (, ( &

) $# # ( ! !%! # ) / * ) , ( '

) 其中激光管内等离子体电阻为 &

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( ! # ! , , (+ 为激光管电极间距, &

为激光管半径, ! 为等离子体电导率) - 放电闸流管的电阻由两部分组成- 第 一部分来自于等离子体主传导区- 在闸流管导通之 后, 主传导区的电阻 &

$ % ! 满足方程 &

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$ % ! [ ! ] , 其中 .&

$ % ! 为一个实验系数- 第二 部分来自于闸流管阴极等离子体鞘层小的残留压 降, 其电阻为&

$ % # # $$ % # / ! ! ($$ % # ) ( *) - 闸流管 的总电阻为&

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$ % #- ( # ) 式中穿过激光管 的放电电流! # 与等离子体的微观参量由方程 ! # # ! &

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(

1 #

2 , 3,

4 ,

0 + # ! , , ( ) ) 联系起来, 其中0 + 为激光管内纵向放电电场,

2 , 为 等离子体电子密度,

4 , 为电子动量输运碰撞频率,

1 为电子电荷, 3,为电子质量- 注意到2 , ,

4 , 和0 +都 是空间和时间的函数- 方程 ( ) ) 是联结外电路与激光 管内的等离子体微观参量的一个重要的关系- 方程 ( ! ― '

) 初始条件的选择与实验相同, 即! ! - ! #-$#- ( , $!-$(- # (. * (初始峰值电压) - 初 始条件确定之后, 即可由通常的数值求解法 (例如四 阶/

0 1

2 ,

3 .

0 $ $ 4法) 求解- 对于高重复率、 大口径的激光, 应当考虑电场的 趋肤效应- 一般而言, 外电场并不等于激光管内的等 离子体电场- 在高压脉冲的作用之下, 激光管内建立 的电场应当满足麦克斯韦方程: 5!/ # # #( , (

5 )

5 ## ( #/# ( # $ ( ! # #( , (

6 ) 其中# 为放电电流密度, # ( , $ ( 为真空磁导率和介 电常数- 合并以上两式, 得 ( ・!) % # !/# ( # # # /# ( # # # # $ ( !-(

7 ) 对于高重复率、 大电流脉冲放电, 可以忽略准静 态的 ・ ! ( , 以及电场的偏导数项# $ ( ! / # ##- ! !, 有如下一个关于电场的类扩散方程: # !%# ( # ! ! # #( - (

8 ) 在柱坐标中, 方程 (

8 ) 纵向电场的径向分布为

0 + ( ,) #06 , % , / % (, ( ! ( ) 其中06 为管壁处的电场,趋肤深度%(-(#/#(&

!) ! / # (&

为电场脉冲变化的特征频率) - 本文将电路方程 (! ― '

) 中关于放电电压的解 $ (- ! # &

(-06 + 作为加在管壁上的放电电压, 电 场沿激光管径向向内渗入, 即管径, 处的纵向电场 强度相对于管壁处以指数衰减的方式向内渗透- ! ! 应用遗传算法 遗传算法是一种全局搜索法 [

7 ,

8 ] , 它将每一个 参数分解成二进制编码 (基因) 序列, 若干基因编码 组成一条染色体- 这些染色体经过若干代的自然选 择、 交配和突变, 优胜劣汰, 最后收敛成为某种最佳 基因组合- 本文将已有的计算机模拟