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文檔簡介
1、TEA CO2激光器工作在9-11μm波段,處于大氣窗口,可以廣泛應用遠距離測污,泵浦遠紅外激光器以及工業(yè)加工等領域。尤其小型可調諧 TEA CO2激光器體積小重量輕,可用于多種工作場所,是遠距離測污雷達的理想光源。采用 CO2同位素作為激光器的工作物質能夠大大擴展激光器的光譜范圍,當同位素TEA CO2激光器用于測污雷達時,具有兩個優(yōu)越性:1、同位素 CO2激光器擴展了 CO2激光器的輸出波長范圍,從而大大增加了可探測物質種類;2、同
2、位素 CO2激光的中心譜線偏離12C16O2的中心譜線位置,減少了激光器輸出譜線在大氣中傳輸時由于大氣中的12C16O2造成的衰減,可以大大增加測污雷達的測量距離?;谶@一背景,本論文主要從理論和實驗兩方面對小型可調諧TEA13C16O2激光器進行了研究。
本文的理論計算主要從兩個方面研究了TEA13C16O2激光器的輸出特性:1、采用離散變量表象(DVR)方法計算了12C16O2分子與13C16O2分子的振轉能級,0001-
3、1000與0001-0200量子躍遷譜線位置與相應自發(fā)輻射系數,并根據自發(fā)輻射系數計算了不同激光譜線的小信號增益系數。通過對比可以發(fā)現(xiàn)對于12C16O2分子,0001-1000波段的小信號增益與0001-0200波段的小信號增益相差不大,而對于13C16O2分子,0001-1000波段的小信號增益大約是0001-0200波段的小信號增益的兩倍。2、應用增益開關六溫度方法計算了小型 TEA13C16O2激光器的腔內光強變化,激光輸出脈沖波
4、形,反轉粒子數密度。分析了在不同工作氣壓,氣體溫度,非解離系數及電子泵浦密度條件下的TEA13C16O2激光器的脈沖能量變化趨勢。
本文的實驗研究由兩個階段構成,1、由于激光器能量輸出水平影響小型可調諧 TEA CO2激光器輸出譜線支數,本文通過增大激活體積,改變激勵電路,改變峰值電容與儲能電容的容量,改變工作氣壓,添加附加氣體這幾種方式來提高激光器輸出。在峰值電容為5.4nf,儲能電容為24.3nf時,選用工作氣壓為85.3
5、kPa,配氣比為CO2: N2: He=1:1:3的混合氣體,獲得最高輸出能量540mJ。峰值電容為2.28nf,儲能電容為13.5nf時,選用工作氣壓為66.6kPa,配氣比為CO2: N2: He=1:1:3的混合氣體,在最高輸出能量約為409mJ時,測得四個波段共69條譜線輸出。研究了附加氣體 H2與Xe對 TEA CO2激光器輸出的影響,發(fā)現(xiàn)加入適量的 H2可以使激光器輸出能量獲得增加,當加入 Xe氣時,激光器輸出能量未獲得改善
6、。2、在第一階段的實驗基礎上,選擇峰值電容為2.28nf,儲能電容為13.5nf,進行同位素 TEA13C16O2激光器的輸出實驗研究,在64kPa氣壓下獲得了最高約357mJ的能量輸出與51支譜線輸出。研究了附加氣體 H2對 TEA13C16O2激光器輸出特性的影響,在氣體配比13C16O2: N2: He=1:1:3+1% H2時,在80kPa的工作氣壓下,獲得最高輸出能量為407mJ,輸出譜線57條,使激光器輸出能量與輸出譜線均獲
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