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气体激光动力学研究及大功率激光器优化设计

程成  
【摘要】: 本论文主要分三个部分. 第一部分为铜蒸汽激光器(CVL).概述了铜蒸汽激光器的基本工作原理, 简述了铜蒸汽激光辐射原子跃迁,论述了铜蒸汽激光研究的发展与现状.然 后,比较详细地研究了铜蒸汽激光动力学两个方面的机理,其中一为充氢机 理,二为“黑心”机理.最后,阐述了铜蒸汽激光器的应用与展望. 第二部分为二氧化碳激光器.首先,讨论了二氧化碳激光粒子数的反 转机理,包括电子碰撞激励、激发态N2分子等共振转换激励过程,激光上下 能级CO2(00°1,10°0) 以及最低能级CO2(0110) 的弛豫过程等几个方面.然后, 对典型的封离型二氧化碳激光系统,讨论了小信号增益,饱和增益以及激光 的输出功率.在二氧化碳激光动力学机理的研究中,比较详细地讨论了二氧 化碳激光动力学过程,给出了激光振动-转动能级跃迁及其速率方程、激光 等离子体电子密度和电子温度,以及混合气体的气体温度. 第三部分为优化设计与实验.在这个部分中,首先简述了遗传算法,讨 论了应用遗传算法来优化激光器的思想和方法,给出了优化大功率激光器的 计算机程序设计;然后,对铜蒸汽激光器LC放电电路、大口径激光器和激 光器系统分别进行了优化;对二氧化碳激光器谐振腔和气压参量分别进行了 优化,介绍了优化二氧化碳激光器谐振腔的实验以及实验所获得的结果. 本文的重点是:阐述清楚铜蒸汽激光和二氧化碳激光的动力学过程,定 量描述激光能级的粒子数速率方程、电子温度和电子密度等速率方程.应用 遗传算法和数值计算,优化设计大功率铜蒸汽激光器和二氧化碳激光器.


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