PDF《大口径铜蒸气激光“黑心”的优化消除 ！》

至图(给出对应于表$中三个不同&

) 限制条件下优化计算的放电脉冲电场的时空变化% 图'

当&

* ) # &

+时电场的径向分布和时间变化 图&

当&

* ) # , ,时电场的径向分布和时间变化 图( 当&

* ) # % $时电场的径向分布和时间变化 从图'

至图(可以清楚地看到, 管径越大电场 的趋肤效应越明显% 图'

中管轴处的峰值场强与管 壁处之比值 !*'

(* ) / '

) *) # ( ( % 当管径减小到 $ # $ $ - .时, 比值增大到!* ) # / , % 优化后 &

值的变 化规律 (表$ ) 与峰值电场比值!的变化规律一致% 看起来, 对于此类典型的轴向脉冲放电的激光 装置, 趋肤效应不可避免% 但是, 本文的工作表明: 仍 然可以通过优化设计等手段, 将 黑心 降到最低% '

)表$中最佳电压峰值 *) 和脉冲重复频率+ 均接 近预先给出的优化范围的上限('

$

0 1, , # (

0 2

3 ) , 此时对应也有很大的输入功率(, 4* ! *! ) + / ! ) % 这说明激光头只要与放电电源匹配良 好, 电功率照样可以耦合进激光管内, 但输入功率也 并不是越大越好% 例如, 当限制 &

)! ) # %时, 最佳储 能电容仅为 !*&

# ! &

5

6 , 它远低于优化范围的上 限($,5

6 ) % 从机理上分析, 增大储能电容, 看起来似 乎有利于激光管内的电子获得更多的能量, 其实, 它 将同时使 $ 振荡的弛豫时间加长% 在一定的脉冲 间隔周期中, 这将导致弛豫期间电子能量不能被及 时释放, 使初始时刻的电子温度升高, 从而, 使激光 下能态的初始粒子数密度过高, 甚至堵塞激光通道% 这是储能电容太大反而得不到大的输出功率的主要 原因% 在优化计算中, 还需要说明以下几点: $ )当输入功率在本文上述的一定范围内变化 时, 我们的计算机动力学模型收敛性较好, 一般收敛 误差 ( - % 同时, 注意到当输入功率逐步增大并超 过约! (0

7 时 (虽然并无激光或激光很小) , 计算机 动力学模型的收敛误差也在增大, 自洽特性变差% 其 原因可能与我们采用放电闸流管的一些经验数据, ) / ! $ 物理学报&

+卷 例如: 开关滞后特征时间、 内阻下降速率系数 ! ! # 等因素有关# 由于没有在更高功率下放电闸流管的 一些必要数据, 因此, 没有在更高输入功率的情况下 进行计算# $ )本文的工作与作者先前的工作 [ % ] 相比, 要复 杂得多# 一方面, 这里有多达&

个参数需要优化 (文献[%]只有'

个参数) , 另一方面, 更重要的是, 由于 各个基因在较大范围内变化的随机性和突变性 (不 可以仅在一个小的范围内进行优化) , 使得子程序在 计算过程中很容易出现诸如粒子数密度为负这样无 物理意义的结果 (这实际意味着此种基因组合根本 不会出激光) # 此外, 计算结果应始终保持周期性时 空自洽或基本自洽, 子程序本身有若干次叠代循环, 因此, 计算的时间开销很大# 如果一切顺利, 在( ) * + ! , - . !'

% /0 计算机上, 表#中每组数据的计算时 间需% / 以上# '

结论应用遗传算法, 以激光束径向光强无 (或弱) 黑心 的最大输出激光功率为目标函数, 整体优化设计 了百瓦量级铜蒸气激光系统的激光头以及放电电路 等&

个参数# 脉冲放电电场的趋肤效应导致 黑心 , 但可通过选择合适的激光头和$ % 参数等来消除或 减弱 黑心 # 例如, 当优化的激光管半径 1#