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)流動循環(huán)散熱、全電操作等優(yōu)勢，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)勢并克服其問題，具有研究價值。鑒于此，本文開展OPRGL的理論研究和實驗探索，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：
　　1、闡述了OPRGL基本工作原理，基于HITRAN計

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最為優(yōu)越大氣透過性，適合長距離傳輸，因此本文選擇光泵浦Ar*激光器作為研究對象。
　　2、在文獻基礎(chǔ)上進一步全面考慮激光過程涉及的能級和弛豫過程，建立速率方程模型并提出數(shù)值算法，通過與文獻實驗結(jié)果對比驗證模型有效性；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現(xiàn)~50-

3、60％的理論光-光轉(zhuǎn)換效率；同時，由于多能級無輻射弛豫過程的存在，亞穩(wěn)態(tài)氬原子激光廢熱效率（～25%）遠大于其量子虧損（～11%），實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)計加工雙介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)并進行放電研究，成功實現(xiàn)氬氣/氦氣混合氣體的空間均勻放電，對放電特征和參量影響進行

4、實驗研究；對放電熒光區(qū)域光譜特征進行測量，分析熒光譜線所對應(yīng)的原子躍遷能級。
　　4、采用吸收光譜法檢測放電區(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光源，并在實驗后期進一步凈化氣體純度，均未探測到明顯吸收信號，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)上提出進一步改進方案。
　　5、基于 Littrow結(jié)構(gòu)對線陣半導(dǎo)體激光器進行光譜壓窄與