基于DBR激光器的Rb蒸氣粒子數(shù)密度檢測方法研究.pdf

1、半導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，具有量子效率高、氣體介質循環(huán)使用流動散熱、全電操作、結構緊湊、近紅外原子譜線大氣透過性好等特點，是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦图す夤庠?。?003年DPAL概念提出以來，美、俄等國高度重視并大力發(fā)展，2012年已實現(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題方面，對DPAL重要運行參量，如堿蒸氣粒子數(shù)密度、介質溫升等的診斷測試方面的研究開

2、展的較少；但相關參量的測量對于激光器性能分析和設計具有重要指導意義，因此有必要開展深入研究。鑒于此，本文對DPAL運行的關鍵參量——堿蒸氣粒子數(shù)密度和介質溫升進行測量與分析，主要包括以下幾個方面的內容：
　　1、綜述了用于堿金屬蒸氣粒子數(shù)密度測量的幾種方法，通過對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量方法：吸收光譜法、法拉第磁光效應測量法和干涉測量法，分別通過對光的振幅、偏振態(tài)和相位參量改變的測量，間接得

3、到待測堿金屬蒸氣粒子數(shù)密度。對于堿金屬激光器操作條件，法拉第磁光法磁致偏振偏轉角過小，難以實現(xiàn)精密測量；蒸氣池加熱導致的熱流擾動和窗口熱畸變顯著影響干涉測量法的精度。相比之下，吸收光譜法操作簡單，易于實現(xiàn)系統(tǒng)集成，測量精度高，因此本文應用吸收光譜法測量增益介質粒子數(shù)密度。
　　2、對銣蒸氣粒子數(shù)密度進行測量。理論上，綜合考慮銣原子超精細能級結構、同位素豐度、緩沖氣體碰撞加寬與頻移等因素計算了基于Voigt線型的銣原子D1線吸收截面

4、，在此基礎上計算了不同粒子數(shù)密度條件下堿金屬增益介質的吸收光譜。實驗中，采用中心波長795nm、無跳模調諧范圍23GHz的DBR半導體激光器作為探針光，開展銣蒸氣吸收光譜的測量。首次提出基于溫度和電流掃描聯(lián)調的方案進行光譜拼接，實現(xiàn)了100GHz無跳模光譜掃描，能夠對添加1atm緩沖氣壓譜線加寬條件下銣原子吸收譜線進行完整掃描。通過將測量得到的透射光譜曲線與理論計算的結果進行對比擬合，得到特定溫度下銣粒子數(shù)密度。將該結果與飽和蒸氣壓公式

5、計算結果進行對比，在兩種方法都適用的條件下得到一致的結果，驗證了該方法的正確性；并進一步指出在高功率泵浦以及介質流動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虛擬儀器對堿金屬蒸氣粒子數(shù)密度測量實驗方案進行系統(tǒng)集成，利用該系統(tǒng)對泵浦條件下 DPAL增益介質溫度分布進行測量。通過虛擬儀器系統(tǒng)集成與模塊化封裝，有效提升該測量方案的可操作性、實時性和可視化效果，便于系統(tǒng)移植與重復使用。泵浦條件下觀測到明顯的介