快調(diào)諧TEA CO2單縱模激光及注入鎖頻技術(shù)研究.pdf

1、單縱模TEA CO2激光器因其具有窄線寬、高功率、可調(diào)諧、對人眼安全等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于光泵浦遠紅外激光器、分子光譜學、速度測量以及大氣遙感監(jiān)測等諸多領(lǐng)域中。當其用于CO2差分吸收雷達（DIAL）時，由于具有極好的單色性和相干性，可以實現(xiàn)外差探測。與直接探測 CO2 DIAL相比，外差探測CO2 DIAL探測距離更遠，探測靈敏度更高，并且可以同時獲得目標的速度信息，這些優(yōu)點使得國外在二十世紀八十年代就開始對其進行研究。外差探測CO2 DI

2、AL的關(guān)鍵技術(shù)之一就是要求使用頻率穩(wěn)定的單縱模TEA CO2激光器，作為發(fā)射機的振蕩源，鑒于此，本文從理論上和實驗上對TEA CO2激光器獲得單縱模激光技術(shù)及頻率鎖定技術(shù)進行了研究。
　　首先導出了可以描述TEA CO2激光器動力學過程的六溫度振動轉(zhuǎn)動模型，利用該模型對單縱模TEA CO2激光器的輸出特性進行了分析，討論了混合氣體壓強、氣體成分、氣體溫度、輸出耦合鏡反射率以及諧振腔長對輸出激光的影響，為TEA CO2激光器的優(yōu)化設(shè)

3、計提供了理論依據(jù)。
　　研制了一臺高重復頻率可調(diào)諧TEA CO2激光器。對激光器的電極面型、預電離方式以及放電電路進行了分析和計算，建立了CLR放電電路的理論模型，并且根據(jù)激光器實際工作參數(shù)利用該模型對放電過程進行了模擬，揭示了氣體激光器脈沖放電的規(guī)律。當激光器單橫模運轉(zhuǎn)時，可獲得四個譜區(qū)共77支譜線的調(diào)諧輸出，最強支譜線基橫模輸出能量達到350mJ，M2=1.21。
　　為了獲得較大范圍內(nèi)單縱模激光的高功率可調(diào)諧輸出，提出

4、一種多干涉儀諧振腔結(jié)構(gòu)。從三鏡腔實現(xiàn)單縱模激光的機理出發(fā)，基于場方程和自洽場理論，對采用多干涉儀諧振腔獲得單縱模激光的特性進行了分析和計算，討論了影響激光器選單縱模能力的因素。實驗上采用這種諧振腔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了TEA CO2單縱模激光的輸出，得到10.6μm單縱模激光最大輸出能量為324mJ，激光器可以實現(xiàn)69支譜線單縱模激光的調(diào)諧輸出。在相同的實驗條件下，與其它的干涉型諧振腔相比，使用多干涉儀諧振腔得到的單縱模激光的能量和調(diào)諧范圍均有較大

5、提高。
　　為了實現(xiàn)穩(wěn)定的單縱模激光的快速調(diào)諧輸出，進行了快調(diào)諧TEA CO2激光器注入鎖頻技術(shù)的研究。理論上將六溫度振動模型與注入場方程耦合，考慮轉(zhuǎn)動動力學及諧振腔模式間的相互作用，得到了注入鎖頻TEA CO2激光器的理論計算模型，并采用此模型計算了不同條件下注入鎖頻激光器的輸出特性。實驗上首先采用扭轉(zhuǎn)模腔實現(xiàn)了弱支譜線單縱模激光的輸出，9.77μm單縱模激光的輸出能量達到47mJ，有效地解決了 TEA CO2激光器中增益較弱譜