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用于固体激光器泵浦源的化学闪光灯研究

作　者: 项汛
导　师: 叶迎华
学　校: 南京理工大学
专　业: 军事化学与烟火技术
关键词: 烟火药 Nd:YAG激光器闪光灯锆
分类号: TJ410
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文设计了带导气管结构的锆系烟火药闪光灯，研究和分析了锆系烟火药闪光灯的极限装药量、压力变化和闪光持续时间。研究结果表明：锆系烟火药燃烧时产生大量的高温高压气体，并且由于导气管内径比较小、比较狭长，不能及时排出气体，限制了装药量的提高，所以加装了导气管的锆系烟火药闪光灯虽然确实能增加较大一部分装药量，但效果不理想，不适合作为固体激光器的泵浦源。基于烟火药燃烧辐射的机理，设计并研究了Zr-O₂化学闪光灯，借助于Zr的差热分析实验，研究了Zr-O₂燃烧反应的机理，得到Zr在O₂中的着火点约为209℃。同时通过大量实验研究了锆条尺寸、充氧压力以及点火电压对Zr-O₂化学闪光灯性能的影响。研究结果表明：（1）锆条越细、充氧压力越高、点火电压越高越有利于Zr-O₂化学闪光灯的点火和燃烧过程；（2）Zr在氧气中的燃烧不仅没有气体产物生成，而且还因为消耗氧气，使闪光灯管内的压力降低，因此，Zr-O₂体系用于闪光灯更安全；（3）Zr-O₂闪光灯的发射光谱分布主要集中在近红外区的750nm～900nm范围内，可见光区比较少，比较符合激光工作介质Nd:YAG的吸收光谱（以750nm和810nm为中心的两个主要辐射带），可以作为Nd:YAG固体激光器的泵浦源。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-13
  1.1 本文研究的背景和意义  10
  1.2 激光致盲武器的发展趋势  10-11
  1.3 激光器的泵浦源简介  11-12
  1.4 本论文的研究目的、内容  12-13
2 烟火药燃烧辐射的理论基础及Nd:YAG激光器工作原理  13-26
  2.1 光辐射的理论基础  13-15
    2.1.1 产生辐射的经典理论模型  13-14
    2.1.2 产生辐射的量子模型  14-15
  2.2 烟火药的燃烧理论  15-19
    2.2.1 烟火药的燃烧形态  15-16
    2.2.2 烟火药的燃烧理论模型  16-19
  2.3 烟火药火焰辐射谱线及结构物理模型  19-21
    2.3.1 烟火药燃烧的火焰辐射  19-20
    2.3.2 烟火药燃烧的火焰结构物理模型  20-21
  2.4 Nd:YAG激光器工作原理  21-26
    2.4.1 激光产生的基本原理  21-22
    2.4.2 Nd:YAG激光器简介  22-26
3 锆系烟火药闪光灯的设计及实验研究  26-46
  3.1 烟火药闪光灯灯管材料选择  26-30
    3.1.1 材料的机械性能  26
    3.1.2 材料的热学性能  26-27
    3.1.3 材料的化学性能  27-28
    3.1.4 气体扩散与渗透性能  28-29
    3.1.5 材料的光学性能  29-30
  3.2 锆系烟火药闪光灯结构设计  30-31
  3.3 烟火药闪光灯的极限装药量实验  31-32
    3.3.1 试样准备  31
    3.3.2 实验方法  31-32
    3.3.3 实验结果与讨论  32
  3.4 烟火药闪光灯压力分析  32-41
    3.4.1 一般概念  32
    3.4.2 测试原理  32-33
    3.4.3 实验设备  33-34
    3.4.4 实验方法  34
    3.4.5 测试结果与分析  34-41
      3.4.5.1 圆柱型密闭爆发器  34-38
      3.4.5.2 长管型密闭爆发器  38-41
  3.5 闪光灯的闪光持续时间的测定  41-44
    3.5.1 测试原理与设备  42
    3.5.2 实验方法  42
    3.5.3 实验结果与讨论  42-44
  3.6 本章小结  44-46
4. Zr-O_2配方以及Zr-O_2闪光灯的设计和研究  46-69
  4.1 Zr-O_2反应的性能研究  46-51
    4.1.1 Zr的燃烧热测定  46-48
      4.1.1.1 实验原理  46-47
      4.1.1.2 仪器设备与药品  47
      4.1.1.3 实验方法与步骤  47-48
      4.1.1.4 实验结果与讨论  48
    4.1.2 Zr的差热分析  48-51
      4.1.2.1 测试原理  49-50
      4.1.2.2 实验方法与步骤  50
      4.1.2.3 测试结果与分析  50-51
  4.2 Zr-O_2闪光灯的设计  51-56
    4.2.1 Zr-O_2闪光灯结构的初步设计  51-52
    4.2.2 充氧方式  52
    4.2.3 锆材料装入方式的选择  52-53
      4.2.3.1 实验方法  53
      4.2.3.2 实验结果与讨论  53
    4.2.4 点火材料的选择  53-56
      4.2.4.1 测试原理及实验设备  53-54
      4.2.4.2 实验方法  54
      4.2.4.3 实验结果与分析  54-56
  4.3 Zr-O_2闪光灯的性能研究  56-63
    4.3.1 Zr-O_2闪光灯的点火条件研究  56-57
      4.3.1.1 实验方法  56
      4.3.1.2 实验结果与分析  56-57
    4.3.2 不同条件下Zr-O_2闪光灯的闪光持续时间的测定  57-61
      4.3.2.1 实验方法  57-58
      4.3.2.2 实验结果与讨论  58-61
    4.3.2 Zr-O_2闪光灯压力分析  61-63
      4.3.2.1 实验设备与方法  61-62
      4.3.2.2 实验结果与讨论  62-63
  4.4 Zr-O_2闪光灯的发射光谱研究  63-68
    4.4.1 测试原理  63-65
    4.4.2 测试方法  65
    4.4.3 测试结果与分析  65-68
  4.5 本章小结  68-69
结论  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73
附录 A 一些氧化物的物理化学性能  73-75
附录 B Nd:YAG固体激光器实物图片  75-76

用于固体激光器泵浦源的化学闪光灯研究

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