半导体泵浦氩原子气体激光器放电研究

摘要

半导体泵浦氩原子气体激光器是一种使用电激励和半导体激光两级泵浦的新型气体激光器，具有光束质量高、量子效率高、良好的大气传输等诸多优秀特性，其波长912.3nm处于近红外波段，在卫星GaAs电池的波长吸收范围之内，是卫星充电技术的重要光源。
　　本文从气体放电的粒子碰撞和运动模型出发，采取三种放电方式对半导体泵浦氩原子气体激光器放电机理进行了研究。
　　（1）利用直流辉光放电理论模型对氩氦混合稀有气体的电特性进行了分析，计算了低气压条件下的气体击穿电压、辉光放电区的径向粒子分布、纵向电位分布等放电参数，通过放电稳定性实验确定了最大气压范围和氩氦混合气体的合适配比。
　　（2）从横向激励在大气压条件下的流光理论出发，分析了气体击穿的主要物理过程，研究了维持放电稳定性的主要技术，分析了预电离技术的主要方式和均匀场电极的设计方法，有效提高了放电区的气压。
　　（3）在横向放电的基础上，依据射频击穿理论的一维模型对混合气体特性进行了分析，区分了不同频率范围的主要物理过程并计算了相应击穿电压。对射频信号下的气体负载特性进行了理论建模和计算，并根据计算结构设计了匹配网络的设计，提高了射频电源的能量馈入效率。
　　通过不同放电模式下的研究分析，梳理了从直流放电到横向放电激励再到横向射频激励的发展脉络，确定了最佳的氩氦混合气体配比、工作压强和射频频率，提出了维持放电稳定和提高放电效率的方法，为研发具有实用性的稀有气体激光器提供了设计思路。

目录

1 绪论

1.1 半导体泵浦氩原子气体激光器及应用

1.2 国内外研究概况

1.3 氩氦原子结构和物理参数

1.4 本课题的意义和内容安排

2 气体放电的碰撞理论

2.1 粒子在电场中的行为

2.2 碰撞模型

2.3 本章小结

3 氩氦混合气体的直流放电

3.1 汤生放电理论

3.2 氩氦辉光放电特性

3.3 直流放电实验

3.4 本章小结

4 横向激励大气压放电

4.1 氩氦TEA放电的流光理论

4.2 预电离原理

4.3 均匀场电极设计

4.4 本章小结

5 氩氦气体射频放电

5.1 射频放电技术分析

5.2 射频放电击穿理论

5.3 气体负载的阻抗匹配

5.4 本章小结

6 总结与展望

参考文献