小型可調(diào)諧同位素TEA13C16O2激光器研究.pdf

1、TEA CO2激光器工作在9-11μm波段，處于大氣窗口，可以廣泛應(yīng)用遠(yuǎn)距離測污，泵浦遠(yuǎn)紅外激光器以及工業(yè)加工等領(lǐng)域。尤其小型可調(diào)諧 TEA CO2激光器體積小重量輕，可用于多種工作場所，是遠(yuǎn)距離測污雷達(dá)的理想光源。采用 CO2同位素作為激光器的工作物質(zhì)能夠大大擴(kuò)展激光器的光譜范圍，當(dāng)同位素TEA CO2激光器用于測污雷達(dá)時，具有兩個優(yōu)越性：1、同位素 CO2激光器擴(kuò)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(zhì)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(dá)的測量距離?；谶@一背景，本論文主要從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對小型可調(diào)諧TEA13C16O2激光器進(jìn)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(zhuǎn)能級，0001-

3、1000與0001-0200量子躍遷譜線位置與相應(yīng)自發(fā)輻射系數(shù)，并根據(jù)自發(fā)輻射系數(shù)計算了不同激光譜線的小信號增益系數(shù)。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(yīng)用增益開關(guān)六溫度方法計算了小型 TEA13C16O2激光器的腔內(nèi)光強(qiáng)變化，激光輸出脈沖波

4、形，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度。分析了在不同工作氣壓，氣體溫度，非解離系數(shù)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(shí)驗(yàn)研究由兩個階段構(gòu)成，1、由于激光器能量輸出水平影響小型可調(diào)諧 TEA CO2激光器輸出譜線支數(shù)，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(dāng)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇峰值電容為2.28nf，儲能電容為13.5nf，進(jìn)行同位素 TEA13C16O2激光器的輸出實(shí)驗(yàn)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