光泵浦亞穩(wěn)態(tài)惰性氣體激光器探索研究.pdf

1、半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器（DPAL）具有量子效率高、氣體介質(zhì)流動(dòng)循環(huán)散熱、全電操作等優(yōu)勢(shì)，具備單口徑高功率輸出潛力；但堿金屬原子活潑的化學(xué)屬性不利于其功率定標(biāo)放大。光泵浦亞穩(wěn)態(tài)惰性氣體激光器（OPRGL）是繼DPAL提出的新型光泵浦氣體激光概念，有望繼承 DPAL的優(yōu)勢(shì)并克服其問(wèn)題，具有研究?jī)r(jià)值。鑒于此，本文開(kāi)展OPRGL的理論研究和實(shí)驗(yàn)探索，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　1、闡述了OPRGL基本工作原理，基于HITRAN計(jì)

2、算研究了亞穩(wěn)態(tài)氬、氪、和氙激光大氣傳輸特性，結(jié)果表明氬原子激光器具有相對(duì)最為優(yōu)越大氣透過(guò)性，適合長(zhǎng)距離傳輸，因此本文選擇光泵浦Ar*激光器作為研究對(duì)象。
　　2、在文獻(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步全面考慮激光過(guò)程涉及的能級(jí)和弛豫過(guò)程，建立速率方程模型并提出數(shù)值算法，通過(guò)與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證模型有效性；仿真分析激光器主要參量影響和泵浦能量分配，結(jié)果表明：在2-5kW/cm2泵浦強(qiáng)度和~1atm氦氣緩沖氣體條件下，亞穩(wěn)態(tài)氬原子激光器可以實(shí)現(xiàn)~50-

3、60％的理論光-光轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，由于多能級(jí)無(wú)輻射弛豫過(guò)程的存在，亞穩(wěn)態(tài)氬原子激光廢熱效率（～25%）遠(yuǎn)大于其量子虧損（～11%），實(shí)際中需要高效熱管理。
　　3、探索性選擇大氣壓條件下介質(zhì)阻擋放電方式研究氬氣/氦氣混合氣體的體均勻放電，首先介紹介質(zhì)阻擋放電物理模型，利用COMSOL軟件仿真放電特征與參量空間分布；在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)加工雙介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)并進(jìn)行放電研究，成功實(shí)現(xiàn)氬氣/氦氣混合氣體的空間均勻放電，對(duì)放電特征和參量影響進(jìn)行

4、實(shí)驗(yàn)研究；對(duì)放電熒光區(qū)域光譜特征進(jìn)行測(cè)量，分析熒光譜線所對(duì)應(yīng)的原子躍遷能級(jí)。
　　4、采用吸收光譜法檢測(cè)放電區(qū)域內(nèi)的亞穩(wěn)態(tài)氬原子（1s5態(tài)）濃度，分別采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器和超連續(xù)譜光源作為診斷探測(cè)光源，并在實(shí)驗(yàn)后期進(jìn)一步凈化氣體純度，均未探測(cè)到明顯吸收信號(hào)，分析認(rèn)為放電方式可能不利于產(chǎn)生高濃度亞穩(wěn)態(tài)氬原子，也可能與其他因素相關(guān)，在此基礎(chǔ)上提出進(jìn)一步改進(jìn)方案。
　　5、基于 Littrow結(jié)構(gòu)對(duì)線陣半導(dǎo)體激光器進(jìn)行光譜壓窄與