基于DBR激光器的Rb蒸氣粒子數(shù)密度檢測(cè)方法研究.pdf

1、半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器（DPAL）兼具固體激光和氣體激光的綜合優(yōu)勢(shì)，具有量子效率高、氣體介質(zhì)循環(huán)使用流動(dòng)散熱、全電操作、結(jié)構(gòu)緊湊、近紅外原子譜線大氣透過(guò)性好等特點(diǎn)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦图す夤庠?。?003年DPAL概念提出以來(lái)，美、俄等國(guó)高度重視并大力發(fā)展，2012年已實(shí)現(xiàn)千瓦平均功率高效 DPAL激光輸出。目前的研究主要集中在功率提升以及基本物理問(wèn)題方面，對(duì)DPAL重要運(yùn)行參量，如堿蒸氣粒子數(shù)密度、介質(zhì)溫升等的診斷測(cè)試方面的研究開(kāi)

2、展的較少；但相關(guān)參量的測(cè)量對(duì)于激光器性能分析和設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義，因此有必要開(kāi)展深入研究。鑒于此，本文對(duì)DPAL運(yùn)行的關(guān)鍵參量——堿蒸氣粒子數(shù)密度和介質(zhì)溫升進(jìn)行測(cè)量與分析，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　1、綜述了用于堿金屬蒸氣粒子數(shù)密度測(cè)量的幾種方法，通過(guò)對(duì)比分析確定本文研究方法。根據(jù)光與原子相互作用的理論主要有三種測(cè)量方法：吸收光譜法、法拉第磁光效應(yīng)測(cè)量法和干涉測(cè)量法，分別通過(guò)對(duì)光的振幅、偏振態(tài)和相位參量改變的測(cè)量，間接得

3、到待測(cè)堿金屬蒸氣粒子數(shù)密度。對(duì)于堿金屬激光器操作條件，法拉第磁光法磁致偏振偏轉(zhuǎn)角過(guò)小，難以實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量；蒸氣池加熱導(dǎo)致的熱流擾動(dòng)和窗口熱畸變顯著影響干涉測(cè)量法的精度。相比之下，吸收光譜法操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，測(cè)量精度高，因此本文應(yīng)用吸收光譜法測(cè)量增益介質(zhì)粒子數(shù)密度。
　　2、對(duì)銣蒸氣粒子數(shù)密度進(jìn)行測(cè)量。理論上，綜合考慮銣原子超精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)、同位素豐度、緩沖氣體碰撞加寬與頻移等因素計(jì)算了基于Voigt線型的銣原子D1線吸收截面

4、，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了不同粒子數(shù)密度條件下堿金屬增益介質(zhì)的吸收光譜。實(shí)驗(yàn)中，采用中心波長(zhǎng)795nm、無(wú)跳模調(diào)諧范圍23GHz的DBR半導(dǎo)體激光器作為探針光，開(kāi)展銣蒸氣吸收光譜的測(cè)量。首次提出基于溫度和電流掃描聯(lián)調(diào)的方案進(jìn)行光譜拼接，實(shí)現(xiàn)了100GHz無(wú)跳模光譜掃描，能夠?qū)μ砑?atm緩沖氣壓譜線加寬條件下銣原子吸收譜線進(jìn)行完整掃描。通過(guò)將測(cè)量得到的透射光譜曲線與理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比擬合，得到特定溫度下銣粒子數(shù)密度。將該結(jié)果與飽和蒸氣壓公式

5、計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，在兩種方法都適用的條件下得到一致的結(jié)果，驗(yàn)證了該方法的正確性；并進(jìn)一步指出在高功率泵浦以及介質(zhì)流動(dòng)等飽和蒸氣壓公式不適用條件下該方案的有效性。
　　3、利用LabVIEW虛擬儀器對(duì)堿金屬蒸氣粒子數(shù)密度測(cè)量實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行系統(tǒng)集成，利用該系統(tǒng)對(duì)泵浦條件下 DPAL增益介質(zhì)溫度分布進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)虛擬儀器系統(tǒng)集成與模塊化封裝，有效提升該測(cè)量方案的可操作性、實(shí)時(shí)性和可視化效果，便于系統(tǒng)移植與重復(fù)使用。泵浦條件下觀測(cè)到明顯的介