稳态解法计算电子束控制放电CO2-N2激光器中的电子能量分布

"该文主要讨论了电子束控制放电CO2-N2激光器中电子能量分布函数的计算方法，采用稳态解法对玻尔兹曼输运方程进行数值求解，与传统的含时解法相比，计算过程得到显著简化。文章详细介绍了弱电离等离子体中的玻尔兹曼方程，并阐述了如何运用该方程来研究电子与气体分子的相互作用，尤其是在电子束控制放电条件下，对大气压CO2激光器的影响。" 在电子束控制放电CO2-N2激光器中，电子能量分布是决定激光性能的关键因素。由于这种激光器的气体介质通常处于弱电离状态，电子能量普遍低于6电子伏，且电子能量分布并非遵循麦克斯韦-玻尔兹曼分布。由于电子与气体分子的碰撞截面受电子能量影响，准确计算电子能量分布对于理解激光动力学和放电物理学至关重要。 文章引用了一种差分形式的玻尔兹曼输运方程，该方程在忽略超弹性碰撞和电子-电子相互作用的前提下，考虑了电场驱动的电子能量转移以及弹性与非弹性碰撞的影响。方程的结构包括一个表示电场驱动的项，以及反映碰撞过程的两个项。在数值求解过程中，作者采用了稳态解法，只需一次迭代，显著降低了计算复杂性，不同于以往文献中多次迭代的含时解法。 电子能量分布的计算涉及气体分子数密度N、电场强度E、各气体组分分数q_s、碰撞截面σ(ε)等参数。其中，Te1是电子温度，定义为电子动能的平均值与玻尔兹曼常数k和电子温度Te的乘积，v是电子平均速度，Rsi(ε)是激发速率，σij(ε)是电子将分子从基态激发到特定能级的碰撞截面。 为了实际应用，文章将电子能量区间分为多个宽度为ΔE的单元进行离散化处理，这有助于将连续的玻尔兹曼方程转化为可数值求解的离散形式。通过这种方式，可以得到不同能量级别上电子的分布情况，进而分析电子束控制放电对激光器性能的具体影响。 该研究为电子束控制放电CO2-N2激光器的设计和优化提供了理论基础，通过简化计算方法提高了研究效率，对于理解和改进此类激光器的性能具有重要意义。