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文檔簡介
1、碘激光波長處于大氣窗口區(qū),在大氣中具有良好的傳輸特性;碘激光的光纖傳輸性較好,適于在石英光纖中高效率傳輸;碘激光可放大性強,容易實現(xiàn)激光器的大功率輸出?;谏鲜鰞?yōu)點,使得碘原子激光器的研究受到重視。作為碘原子激光器一種的電激勵碘原子激光器相比其它碘激光器而言,電效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,使用方便,在工業(yè)加工等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本文從理論和實驗兩方面出發(fā),開展了脈沖放電激勵烷基碘化物產(chǎn)生碘激光的研究。
在理論研究方面,應(yīng)用量子化學(xué)
2、理論對全氟烷基碘化物分子CF3I、C2F5I、i-C3F7I和氫氟混合烷基碘化物分子C2H2F3I、n-C3H4F3I進行計算。使用MP2方法計算給出了這五種分子及其正、負離子的精確幾何結(jié)構(gòu)。電激勵碘原子激光器中,電子與介質(zhì)間的碰撞過程是激光器的主要動力學(xué)過程,采用B3LYP密度泛函方法、Mφller-Plesset微擾方法、QCISD和CCSD等方法對這些動力學(xué)過程即電子與烷基碘化物分子的碰撞激發(fā)、碰撞解離、電離和電子吸附進行精確計算
3、,給出碰撞過程的能量即五種分子的激發(fā)能、解離能、電離能和電子親和勢。為提高計算精度,能量計算進行了零點振動能(ZPVE)校正,解離能的計算還進行了基組重疊誤差(BSSE)校正。電子與烷基碘化物分子碰撞過程能量計算可給出電激勵碘激光器實現(xiàn)最佳粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的平均電子能量。
建立了介質(zhì)分別為CF3I、C2F5I和i-C3F7I,緩沖氣體為N2的完善的電激勵碘原子激光器動力學(xué)理論模型。通過對電激勵烷基碘化物產(chǎn)生碘激光動力學(xué)過程的詳細分析
4、,模型中共考慮了電子碰撞激發(fā)、電子碰撞解離、電子碰撞電離、碰撞消激發(fā)、兩體及三體重合等29個反應(yīng)過程。采用Runge-Kutta法對動力學(xué)模型進行數(shù)值求解,獲得了激光器運行過程中主要粒子數(shù)密度和光子數(shù)密度隨時間的變化情況。根據(jù)實驗條件,分別計算了光子數(shù)峰值密度隨烷基碘化物介質(zhì)和緩沖氣體壓力的變化情況。電激勵碘原子激光器動力學(xué)模型的理論研究對激光振蕩實驗研究具有指導(dǎo)意義。
在實驗上,為拓寬電激勵碘激光介質(zhì)的選擇范圍,采用微波放電
5、激勵方式對氫氟混合烷基碘化物C2H2F3I和n-C3H4F3I作為碘激光介質(zhì)的可能性進行了研究。利用微波激勵C2H2F3I和n-C3H4F3I,在不同氣壓條件下均觀測到了這兩種烷基碘化物的.1μm315發(fā)射譜。此外,由于增益特性是分析激光振蕩的必要條件,對放電激勵碘化物C2H2F3I和n-C3H4F3I的小信號增益進行了理論估算與實驗測量。小信號增益的實驗測量采用后反射鏡法,測量結(jié)果與理論結(jié)果接近。發(fā)射譜和小信號增益的研究表明,氫氟混合
6、烷基碘化物C2H2F3I和n-C3H4F3I具有作為電激勵碘激光介質(zhì)的可能性,為激光振蕩研究奠定了基礎(chǔ)。
設(shè)計了橫向脈沖放電碘原子激光器實驗系統(tǒng),以CF3I為激光介質(zhì)、N2為緩沖氣體成功實現(xiàn)了脈沖激光輸出。對激光器主要組成部分如主放電電極、預(yù)電離電極、激光諧振腔、氣體循環(huán)與熱交換系統(tǒng)、氣壓測控及自動充配氣系統(tǒng)和高壓脈沖激光電源等進行整體方案及具體參數(shù)設(shè)計。對安裝、調(diào)試完成后的裝置進行輝光放電實驗研究,給出了實現(xiàn)均勻穩(wěn)定輝光放電
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