可调谐TEA CO激光器多频及弱线研究

摘要

可调谐TEA CO<,2>激光器在许多领域有着广泛的应用。本文针对光栅调谐TEA CO<,2>激光器的多频和弱线输出开展实验研究和理论分析。 本文对红外激光器、CO<,2>激光器调谐器件作了充分的调研，总结了CO<,2>激光器调谐器件的应用历史和现状。在此基础上确定了本实验的研究方案。从理论上分析了可调谐TEACO<,2>激光器多频和弱线产生的原理和方法。 为了满足多频红外激光分离同位素的需要，采用平行的双光栅腔结构，在最佳混合气体比例CO<,2>：N<,2>：He=5：5：28和总压380<'*>133．3Pa条件下，成功地得到了TEA CO<,2>激光器在常规带的多组双频和三频激光输出。获得的双频组合包括00°1-10°0的P支11组、00°1-10°0的R支8组、00°1-02°0的P支8组，三频组合包括00°1-02°0的R支7组。而且每组输出中双频波(或三频波)具有良好的空间重叠性和时间同步性，输出波长可调谐且调谐范围较宽，各支线能量比也具有良好的可调性。激光主要从光栅旁沿近似平行于腔轴的方向输出，这样的输出方式便于使用和波长监测。经过提高介质增益系数，减小Ge镜透过率等手段可使本激光器同时获得三频、四频等输出。该激光器对于分离同位素有重要意义。实验所得到的双频(或三频)激光输出可以满足对一些物质双频(或多频)激发或分离同位素的需要。采用的这种TEA CO<,2>激光器结构比较简单，只用了两个光栅就实现了多频输出，在TEA CO<,2>激光器的实验研究中，一般要得到三波长输出都采用了三个光栅的激光器，甚至有些是使用多台激光器迭加实现的，成本要比我们的激光器昂贵许多。 TEA CO<,2>激光器在11μm波长附近的谱线对于激光等离子体淀积硅膜、研究硅同位素、较多分子的选择性激发及选择性多光子离解、大气污染物检测都是很重要的。而且在国内11μm波长附近的弱线(序列带和热带)研究是比较少的。本实验采用双光栅谐振腔和增长放电增益区，进行TEA CO<,2>激光器弱线输出特性研究。在最佳混合气体比例CO<,2>：N<,2>：He=16：21：63和总压430<'*>133.3Pa条件下，获得11μm附近弱线(序列带和热带)6条，以及同位素谱线1条(波长为11005nm)和另外两条谱线(波长分别为11013nm和11015.5nm)。这六条弱线是001-110带的P17和011-030带的P19、P21、P24、P25、P26。研究了011-030带的P19谱线(波长10973.5nm)和波长为11013nm的谱线的输出特性。谱线脉宽为400ns左右。谱线能量随光栅中心的位移变化而变化，当光栅中心在放电区中心轴线上时有最大的能量输出。最大输出能量达几百mJ。本文成功地研制了一种新型的可调谐TEACO<,2>激光器，实现了多频和弱线激光输出，所得实验结果可用于分离同位素等方面。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1红外激光器调谐器件国内外状况

1.1.1可调谐激光器概述

1.1.2激光调谐

1.1.3红外调谐器件介绍

1.2 CO2激光器调谐器件国内外状况

1.3 CO2激光器调谐器件应用历史和现状

2基本原理

2.1激光器调谐的各类方法

2.1.1光栅调谐

2.2.2棱镜调谐

2.2.3法布里—珀罗标准具调谐

2.2.4双折射滤光片调谐

2.2.5注入锁定

2.2 TEA CO2激光器弱线输出原理

2.2.1 CO2的能级

2.2.2 TEACO2激光谱线及其应用

2.2.3谱线竞争

2.2.4选支方法

2.2.5实验方法

2.3多波长工作原理

2.3.1多频激光输出的应用及实现方法

2.3.2平行双光栅腔产生多频激光输出原理

3 TEA CO2激光器弱线输出实验研究

3.1实验条件

3.2实验结果

3.3激光输出特性

3.3.1激光光斑图样

3.3.2输出能量与光栅位置的关系

3.3.3脉冲波形

4 TEACO2激光器多频输出实验研究

4.1多频输出实验装置

4.2实验条件

4.3实验结果及分析

4.3.1激光光斑图样

4.3.2双频及三频组合

4.3.3多频激光输出研究

4.3.4双频输出与角度失谐研究

4.3.5波长调谐特性

4.3.6空间重叠性和时间同步性

5相关分析

5.1增益的影响

5.2转动能级竞争的影响

5.3光学谐振腔的损耗的影响

5.4输出谱线分析

6结论

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢