具有空间重叠性的双频振荡放大型TEACO激光器研究

摘要

随着可调谐TEACO2激光器在一些应用领域的推广，研制双频可调谐TEACO2激光器有了现实意义。本文对现有的此类器件的各种方案作了分析后，提出了一种新型双频振荡放大型可调谐CO2激光器。　　结构上，该器件利用主放电电极间的同一放电区内的介质作为腔内增益介质，设计了空间部分重叠的两个互相相关的光栅—平面腔，两个光栅一前一后，在空间上部分重叠，它们互相利用，采用双频起振。为了提高输出能量，本器件在振荡级后增设了放大器，克服了为提高输出能量而加长振荡级放电室长度而导致寄生振荡的不足。　　实验上，通过大量的实验总结出双频可调谐CO2激光器的基本工作特性。此器件能同步(时延400ns-800ns)输出两个不同波长的空间上重叠的激光脉冲，两脉冲的波长在很大的范围内(9.3-10.9μm)独立可调，并且可根据需要得到不同的两波长的能量比(1:10-1:1)，且光路也易实现；部分重叠的双波长光束经过放大器后，能量放大明显(最高可放大约5倍)，重叠性变好，光斑更加均匀，这些特性在分离同位素的应用中非常重要。本实验对器件的总气压，放电电压及混合气比例等工作条件对双波长激光的输出能量以及两支线能量比特性、重叠性、同步性(时延)的改善或影响规律进行了研究，在双频激光器中找到它们的最佳值。　　理论上，本文从激光放大的输运方程开始，得出光场在放大器后的输出能量表达式，根据振荡级出来的双波长激光初始二维光强分布数值计算了放大后的双波长激光的二维光强分布，得出不同重叠情况的双波长光束通过放大器后的放大情况，结论与实验结果基本符合。很好的解释了：输出能量放大很明显，放大后光斑能量更加均匀，放大前两个空间上部分重叠的光束经过放大后重叠性变得更好，对于不同波长的支线，放大器对强线的放大比弱线强。本文最后还初步估计出双波长光场中不同支线在放大器中对反转粒子数的利用情况。

目录

文摘

英文文摘

第一章概述

1.1 CO2激光器的简介及应用

1.1.1 CO2激光器在监测大气污染中的应用

1.1.2 CO2激光器在工业加工中的应用

1.1.3 CO2激光器在光通信中的应用

1.1.4 CO2激光器在分离同位素中的应用

1.2 TEACO2激光器的发展

1.3双频可调谐TEA CO2激光器

1.3.1双频可调谐TEA CO2激光器研究背景

1.3.2我们研制的双波长可调谐振荡放大型TEA CO2激光器

1.4本文研究内容

第二章可调谐振荡放大型TEACO2激光器基本原理

2.1 CO2激光器

2.1.1 CO2激光器的组成及各部分的作用

2.1.2 CO2的能级[29]

2.1.3 CO2分子能级的寿命和CO2激光器的量子效率

2.2双频可调谐振荡放大型TEA CO2激光器

2.2.1调谐原理

2.2.2光腔的损耗[34][38]

2.2.3激光放大技术

2.2.4 TEA CO2激光器的工作特点

第三章具有空间重叠性的振荡放大型双波长激光器实验研究

3.1用于研究TEA CO2激光器双频放大特性的实验系统设计方案

3.2实验装置简介

3.2.1激光器的结构及特点

3.2.2器件单元简介

3.3实验的过程和步骤

3.4激光器的输出特性及分析

3.4.1放大级输出能量比的可调特性

3.4.2能量放大特性的研究

3.4.3空间重叠性

3.4.4气压、放电电压及气压比对输出特性的影响

3.4.5波长调谐特性

3.4.6输出波形及分析

3.5小结

第四章TEA CO2激光器放大的理论分析

4.1运输方程[34][38]

4.2脉冲输出能量

4.2.1入射光束光场的表示[48]

4.2.2输出光束光场能量分析与数值模拟

4.2.3用于两支线放大的反转粒子数的分配的估计

第五章结束语

参考文献

致谢

附录：攻读硕士期间发表的论文

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