[发明专利]一种同轴套筒状单重态氧发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及电激励氧碘激光器（EOIL）储能粒子的发生技术，具体地说是一种在不显著降低单重态氧相对产率的条件下，能有效地提高运行时的气体压力和气体流量，增强电激励氧碘激光器规模放大能力的一种装置。

背景技术

电激励氧碘激光器采用氧气放电来产生单重态氧，凭借着原料安全无毒，全气相操作，适应能力更强而具有更多的优势。通过放电方法产生单重态氧的装置称为放电单重态氧发生器（Discharge SingletOxygen Generator），缩写为DSOG。

影响DSOG性能的因素一般有两个，一个是单重态氧产率，即单重态氧占总氧的百分比；另一个是单重态氧的绝对浓度，这两个因素关系到电激励氧碘激光器的小信号增益大小和功率规模放大的能力。因此，一个好的DSOG应该在增加运行时气体压力的同时，基本保持单重态氧产率变化不大。

众所周知，氧碘激光器的小信号增益随着温度的降低而增加，所以一般都采用超音速形式运行。当超音速膨胀发生时，温度迅速降低，并且马赫数越大，温度降低得越多，越有利于小信号增益。考虑到在一定的马赫数条件下，光腔压力与上游放电腔压力成正比，因此为了保证的光腔区单重态氧的绝对浓度较高，必须要求放电区的气体压力要很大才行，也就是说放电过程要在较高的气体压力下运转。

研究发现，在通过放电产生单重态氧时，单分子氧气注入能量的最优化条件是每个氧气分子5-8eV，大于这个值后单重态氧的产率反而会下降。因此，为了将电激励氧碘激光器的功率提高到千瓦级水平，必须同步提高放电区域的氧气流量，否则单分子氧气注入能量就会过大，降低单重态氧的产率。根据文氏管气体流量公式，当上游压力一定时，气体流量与管道面积成正比，为了提高气体流量，需要提高放电区的通道面积。

研究发现，氧原子对单重态氧的猝灭作用较大，并且主要是通过三体碰撞猝灭过程进行的：O₂(a¹Δ)+O+M →O₂+O+M，k=1x10^-32cm⁶/s，其中M是第三体碰撞伴侣（一般是O₂）。因此，当气体压力逐渐增高时，单重态氧的产率则随之下降，目前较高的单重态氧产率都是在较低的放电气体压力下获得的（氧气分压小于2torr）。为了提高放电气体压力，可以采用缩短放电电极间距的方法来实现，研究发现，当缩短放电电极间距的时候，可以在较高的气体压力下，不显著降低单重态氧相对产率。

综上所述，要达到在高产率条件下实现DSOG大流量、高气压的要求，所需要满足的条件应包括：（1)、高的气体压力，（2)、大的通道面积，（3)、短的放电间距。

传统的DSOG一般采用单根石英玻璃管两侧放置电极板，构成介质阻挡放电装置，因此放电电极间距就取决于石英玻璃管的外直径。

为了提高放电气体压力，目前大多都采用缩小单根石英玻璃管外直径的方法来实现，但是这也造成了石英玻璃管孔径的缩小（面积同时也缩小了），增大了流阻，减小了气体的通过能力，导致气体流量较小。

为了能使用大流量气体，不得不采用多根玻璃管并列的形式；但即使多根玻璃管并列也不能有效地利用放电极板内的空间，所以也有的放电腔采用了长方体通道的形式，即矩形横截面。

长方体放电腔可以做得很窄、很宽，基本满足了短间距、大面积的要求。然而，它的缺点在于，长方体形式的通道耐压能力不够，在冷热交替时，容易发生碎裂的情况。

因此，应该说截止到目前为止，还没有一种足够好的放电单重态氧发生器装置，能够很好地满足在高产率条件下实现大流量、高气压的要求。我们的发明就是为了解决此问题而产生的。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的是设计制作一种能够满足大流量、高产率、高气压要求的放电单重态氧发生器装置，该放电装置要坚固耐用，并且能够在不显著降低单重态氧相对产率的条件下，有效地提高运行时的气体压力，满足大流量、高产率、高气压的要求，增强电激励氧碘激光器规模放大能力。

为实现本发明的目的，具体技术方案为：

一种同轴套筒状单重态氧发生装置，包括两个圆筒状石英玻璃管，一个为内管，另一个为外管，内管置于外管中，两个石英玻璃管为同轴套筒式结构，外管右端开口、左端密闭，内管左端开口、右端密闭，于靠近外管左端的外管壁上设有氧气入口；内管和外管之间的空腔构成放电腔；

于外管的外侧套设有圆筒状金属管，于内管的内部沿内管的轴线方向放置有圆筒状金属管，外管外的金属管与内管内的金属管构成一对放电电极。