銣蒸氣激光器增益介質(zhì)電離通道研究.pdf

1、DPAL作為可以采用高功率半導(dǎo)體泵浦的氣體激光類型，兼具傳統(tǒng)固體和氣體激光器的諸多優(yōu)勢，具有潛在的單口徑高功率輸出能力。雖然 DPAL工作于三能級狀態(tài)，但堿金屬原子具有豐富的高能級結(jié)構(gòu)和低的電離能，各種電離通道同時(shí)存在于激光器的工作過程中，隨著泵浦功率的不斷提升，這些電離通道是否可能發(fā)展成為物理上的瓶頸性限制因素具有重要研究意義?；诖?，本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面開展相關(guān)研究：
　　1、闡述了DPAL中的主要電離通道的物理機(jī)制，包括碰

2、撞能量轉(zhuǎn)移過程、光激發(fā)效應(yīng)、潘寧電離過程、光致電離過程、聯(lián)合電離過程以及霍恩貝克-莫爾納電離過程等，闡述了包括輻射復(fù)合和三體復(fù)合在內(nèi)的堿金屬離子的復(fù)合過程以及離子和中性原子的擴(kuò)散效應(yīng)；在此基礎(chǔ)上基于縱向泵浦結(jié)構(gòu)建立了綜合考慮電離通道、復(fù)合過程和擴(kuò)散效應(yīng)的多能級瞬態(tài)速率方程組模型并基于Matlab程序求解；
　　2、理論分析了電離過程發(fā)生的時(shí)間尺度，在DPAL典型工作條件下（緩沖氣壓~1atm，泵浦強(qiáng)度~210kW/cm，溫度 T~

3、130℃），電離過程經(jīng)歷~10-3ms左右達(dá)到穩(wěn)態(tài)；對比分析發(fā)現(xiàn)，在不考慮擴(kuò)散效應(yīng)時(shí)，電離度發(fā)展至穩(wěn)態(tài)需要~10-2ms時(shí)間量級，且穩(wěn)態(tài)電離度遠(yuǎn)高于考慮擴(kuò)散效應(yīng)的情形（電離度從~0.05％增加至~10%），預(yù)示著流動(dòng)介質(zhì)有望較好解決DPAL電離過程所導(dǎo)致的負(fù)面影響，分析了不同電離通道對電離度的影響；
　　3、基于光電流法對銣DPAL增益介質(zhì)電離度開展定量實(shí)驗(yàn)測量，研究了泵浦強(qiáng)度、緩沖氣壓和增益介質(zhì)溫度（即銣原子濃度）對光電流和電離

4、度的影響并進(jìn)行了分析，在氦氣氣壓500torr，泵浦強(qiáng)度21.5kW/cm，溫度130℃條件下得到銣原子電離度為5×10-5，屬于弱等離子體范疇；
　　4、為了研究半導(dǎo)體激光器在776nm遠(yuǎn)翼光譜成分可能對銣DPAL引起的光激發(fā)效應(yīng)，基于 Littrow外腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了776nm窄線寬半導(dǎo)體激光輸出，光譜線寬0.13nm，輸出功率10W，外腔效率67%；利用780nm和776nm半導(dǎo)體激光聯(lián)合泵浦銣增益介質(zhì)，觀察到增強(qiáng)的420nm熒