小型可調(diào)諧同位素TEA13C16O2激光器研究.pdf

1、TEA CO2激光器工作在9-11μm波段，處于大氣窗口，可以廣泛應(yīng)用遠(yuǎn)距離測(cè)污，泵浦遠(yuǎn)紅外激光器以及工業(yè)加工等領(lǐng)域。尤其小型可調(diào)諧 TEA CO2激光器體積小重量輕，可用于多種工作場(chǎng)所，是遠(yuǎn)距離測(cè)污雷達(dá)的理想光源。采用 CO2同位素作為激光器的工作物質(zhì)能夠大大擴(kuò)展激光器的光譜范圍，當(dāng)同位素TEA CO2激光器用于測(cè)污雷達(dá)時(shí)，具有兩個(gè)優(yōu)越性：1、同位素 CO2激光器擴(kuò)展了 CO2激光器的輸出波長(zhǎng)范圍，從而大大增加了可探測(cè)物質(zhì)種類(lèi)；2、同

2、位素 CO2激光的中心譜線偏離12C16O2的中心譜線位置，減少了激光器輸出譜線在大氣中傳輸時(shí)由于大氣中的12C16O2造成的衰減，可以大大增加測(cè)污雷達(dá)的測(cè)量距離?；谶@一背景，本論文主要從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)小型可調(diào)諧TEA13C16O2激光器進(jìn)行了研究。
　　本文的理論計(jì)算主要從兩個(gè)方面研究了TEA13C16O2激光器的輸出特性：1、采用離散變量表象(DVR)方法計(jì)算了12C16O2分子與13C16O2分子的振轉(zhuǎn)能級(jí)，0001-

3、1000與0001-0200量子躍遷譜線位置與相應(yīng)自發(fā)輻射系數(shù)，并根據(jù)自發(fā)輻射系數(shù)計(jì)算了不同激光譜線的小信號(hào)增益系數(shù)。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于12C16O2分子，0001-1000波段的小信號(hào)增益與0001-0200波段的小信號(hào)增益相差不大，而對(duì)于13C16O2分子，0001-1000波段的小信號(hào)增益大約是0001-0200波段的小信號(hào)增益的兩倍。2、應(yīng)用增益開(kāi)關(guān)六溫度方法計(jì)算了小型 TEA13C16O2激光器的腔內(nèi)光強(qiáng)變化，激光輸出脈沖波

4、形，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度。分析了在不同工作氣壓，氣體溫度，非解離系數(shù)及電子泵浦密度條件下的TEA13C16O2激光器的脈沖能量變化趨勢(shì)。
　　本文的實(shí)驗(yàn)研究由兩個(gè)階段構(gòu)成，1、由于激光器能量輸出水平影響小型可調(diào)諧 TEA CO2激光器輸出譜線支數(shù)，本文通過(guò)增大激活體積，改變激勵(lì)電路，改變峰值電容與儲(chǔ)能電容的容量，改變工作氣壓，添加附加氣體這幾種方式來(lái)提高激光器輸出。在峰值電容為5.4nf，儲(chǔ)能電容為24.3nf時(shí)，選用工作氣壓為85.3

5、kPa，配氣比為CO2: N2: He=1:1:3的混合氣體，獲得最高輸出能量540mJ。峰值電容為2.28nf，儲(chǔ)能電容為13.5nf時(shí)，選用工作氣壓為66.6kPa，配氣比為CO2: N2: He=1:1:3的混合氣體，在最高輸出能量約為409mJ時(shí)，測(cè)得四個(gè)波段共69條譜線輸出。研究了附加氣體 H2與Xe對(duì) TEA CO2激光器輸出的影響，發(fā)現(xiàn)加入適量的 H2可以使激光器輸出能量獲得增加，當(dāng)加入 Xe氣時(shí)，激光器輸出能量未獲得改善

6、。2、在第一階段的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇峰值電容為2.28nf，儲(chǔ)能電容為13.5nf，進(jìn)行同位素 TEA13C16O2激光器的輸出實(shí)驗(yàn)研究，在64kPa氣壓下獲得了最高約357mJ的能量輸出與51支譜線輸出。研究了附加氣體 H2對(duì) TEA13C16O2激光器輸出特性的影響，在氣體配比13C16O2: N2: He=1:1:3+1％ H2時(shí)，在80kPa的工作氣壓下，獲得最高輸出能量為407mJ，輸出譜線57條，使激光器輸出能量與輸出譜線均獲