铷蒸气激光器中考虑热耦合的等离子体密度仿真

摘要

半导体泵浦碱金属激光器(Diode-pumped Alkali Laser，DPAL)具有全电能操作、结构轻质紧凑、可流动散热和量子效率高等特点，是当下最具潜力的兆瓦级高能激光备选方案之一。目前国际上已经实现了千瓦级的功率输出，但是随着泵浦功率的提高，DPAL在工作的过程中伴随的原子高能级跃迁和电离效应会增强，进而DPAL在内部形成等离子体。等离子体的产生会使生成激光的有效原子数下降，影响激光的传播，同时带来附加热效应，给高功率DPAL输出带来困难。面对DPAL高功率输出存在的这一工程问题，本文将从等离子体的产生以及等离子体与激光的相互作用方面展开仿真研究，为深入理解并解决该问题提供一定参考。 本文首先介绍了DPAL的工作原理和等离子体基本特性及参数。随后从等离子体粒子碰撞的角度解释了等离子体碰撞频率和铷DPAL中的高能级反应、电离反应及复合反应等，推导和仿真了等离子体碰撞频率表达式和能级粒子的速率方程，并验证了速率方程求解的正确性。紧接着推导了铷DPAL中等离子体满足的扩散方程，并将其应用到二维等离子体密度的仿真研究中。最后应用多物理场耦合软件COMSOL，在引入温度变量T的情况下，对各能级粒子数密度和碰撞频率进行耦合仿真研究，得出了铷DPAL内部的温度和等离子体密度随时间和空间的变化分布。 对铷DPAL中等离子体的多物理场仿真研究发现：泵浦照射一段时间后-在DPAL的泵浦中心会聚集大量等离子体同时温度急剧升高.仿真结果与实验现象相符合。 铷DPAL（半导体泵浦碱金属激光器）;等离子体密度;碰撞频率;温度;多物理场耦合

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2150321249-刘洋-集成电路工程-自动化

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摘要

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1. 绪论

2. DPAL及等离子体的基本理论

3. DPAL中等离子体特征参数理论计算

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