载气密闭循环氧碘化学激光器技术是一种有望大幅减小氧碘化学激光器体积和降低运行成本的技术, 然而至今鲜见相关实验报道。采用超音速喷管加双螺杆真空泵建成了模拟实验装置, 并通过测量超音速喷管前后和双螺杆真空泵出入口处的气动参数的方法开展了载气密闭循环氧碘化学激光器的可行性研究和工作稳定性模拟实验研究。模拟实验研究结果证明了该技术的可行性, 发现并分析了其光腔压力随双螺杆真空泵转速提高而出现压力拐点的现象, 确定了其稳定运行工作条件, 为实现载气密闭循环氧碘化学激光器的真正运行和小型化奠定了良好的基础。

为了明确氧碘化学激光器腔镜损伤的原因, 对腔镜表面的缺陷进行了研究。利用扫描探针显微镜观察了激光器腔镜表面缺陷, 分析了腔镜表面微观形貌, 讨论了常见缺陷的形状及成因。然后, 建立了简化的带污染物腔镜的模型。利用COMSOL Multiphysics软件对环形光束辐照腔镜进行了仿真计算。最后, 给出了缺陷大小、功率密度和腔镜表面温度的关系, 分析了吸附层对腔镜熔融损伤的影响。计算结果表明: 腔镜表面污染物大小不变时, 激光辐照的功率密度越大, 温度增长越快, 薄膜表面越容易出现熔融损伤; 腔镜表面污染物半径达到2.3 mm时, 腔镜薄膜即可出现熔融损伤。另外, 吸附层吸收系数增加1%, 腔镜最高温度增加约210 K。本文所得结论可为分析腔镜损伤原因和制定腔镜更换依据提供参考。

氧碘化学激光器运行过程中会将氯气、碘蒸气等有毒有害物质排入大气, 对工作场所空气质量和人员健康存在安全隐患。采用点源扩散的高斯模式, 建立了小风条件下氧碘化学激光器废气的扩散模型, 结合工作场地人员分布情况, 计算得到激光器废气排放后15 min内, 距地面1.5 m高度、距排放点500 m范围内废气中有毒成分氯气和碘的质量浓度空间分布。根据质量浓度空间分布情况, 选取采样点, 以Na2SO3溶液作为吸收液对氯气和碘进行了同时采样, 并采取离子色谱测量了吸收液中氯离子和碘离子的质量浓度。结果表明: 氧碘化学激光器废气排入大气后, 氯气质量浓度最高为0.200 mg/m3, 碘蒸气质量浓度小于检测方法的检出限0.030 mg/m3, 低于国家职业卫生标准规定的最高容许质量浓度限值1 mg/m3。

在几何光学近似下，研究了非稳腔中的离焦像差的演化，解析地给出了正支共焦非稳腔中离焦像差的线性修正公式。结合氧碘化学激光器的模拟结果表明：光腔的放大率越小，像差演化的影响越明显；变形镜直接放在凹面镜处的补偿效果最好。对比直接补偿，考虑像差演化的补偿可以使光束质量的β值平均降低35%。

氧碘腔镜作为氧碘化学激光器重要组成部分，氧碘腔镜反射率的高低制约氧碘化学激光器功率的提高，必须对氧碘腔镜反射率进行精确测试。基于光腔衰荡光谱法搭建的氧碘腔镜高反射率测量系统测量精度高，氧碘腔镜中450全反镜反射率测试结果为99.979%。搭建的氧碘腔镜高反射率测量系统的不确定度主要由衰荡腔腔长、腔镜衰荡时间和待测镜衰荡时间时间确定。其中衰荡曲线最大幅值点的选取和测量重复性对测量结果的不确定度影响较大，在对衰荡曲线的处理过程中，应该注意选取合适的幅值点。通过对氧碘腔镜高反射率测量系统不确定度分析，得出扩展不确定度为0.0152%。

针对采用化学式碘发生器的氧碘激光器稳定出光时间较短的情况，通过热力学和化学动力学方面的实验和分析进行了化学式碘发生装置供碘稳定性的研究。分析了物料转化率和反应速率随反应初始温度及反应时间的变化，得到了固相产物的灰层扩散是该反应控制步骤的结论，明确了实验中CuI要大大过量，用氯气量控制碘量的原则，同时确定了适宜的起始反应温度。优化后，在近15 s时间内碘流量变化小于15%，显示出了较好的供碘稳定性，此时CuI的转化率为23%。

氧碘混合过程是化学氧碘激光器(COIL)中的一个重要步骤,氧碘混合质量直接决定着COIL的运行效率和光束质量。采用化学荧光法,研究了两种不同结构的扰动翼片组对COIL超音速平行流混合过程的影响。实验结果表明,1#扰动翼片组对氧碘超音速平行流的混合增强效果明显,其荧光区达到主气流中心线所经历的流向距离大幅缩短,碘解离区内的荧光区与测试区的面积比相对于无混合扰动时提高了4.2倍;采用2#翼片组扰动混合时,流向距离值进一步缩短了40%~60%,碘解离区内的面积比值又提高了20%～40%。氧发生器有/无主载气条件(2#翼片组)下的混合过程比较显示后者混合效果更好。

为了解决氧碘化学激光器通过常规诊断故障定位困难的问题，采用建立的氧碘化学激光器功率失常故障树模型，结合氧碘化学激光器常用的8个监测参数：碘腔压力、碘文氏管压力、p-t曲线、主氦压力、氯气压力、氧发生器压力、上游压力和光腔压力，提出采用故障树和在线监测参数相结合的办法，基于3σ法则的判断标准对氧碘化学激光器进行故障诊断，故障诊断正确率达到94.5%，并对出现的故障提出了改进措施。