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可调谐TEA CO_2激光器多频及弱线研究

廖均梅  
【摘要】: 可调谐TEA CO_2激光器在许多领域有着广泛的应用。本文针对光栅调谐TEA CO_2激光器的多频和弱线输出开展实验研究和理论分析。 本文对红外激光器、CO_2激光器调谐器件作了充分的调研,总结了CO_2激光器调谐器件的应用历史和现状。在此基础上确定了本实验的研究方案。从理论上分析了可调谐TEA CO_2激光器多频和弱线产生的原理和方法。 为了满足多频红外激光分离同位素的需要,采用平行的双光栅腔结构,在最佳混合气体比例CO_2:N_2:He=5:5:28和总压380~*133.3Pa条件下,成功地得到了TEA CO_2激光器在常规带的多组双频和三频激光输出。获得的双频组合包括00~01-10~00的P支11组、00~01-10~00的R支8组、00~01-02~00的P支8组,三频组合包括00~01-02~00的R支7组。而且每组输出中双频波(或三频波)具有良好的空间重叠性和时间同步性,输出波长可调谐且调谐范围较宽,各支线能量比也具有良好的可调性。激光主要从光栅旁沿近似平行于腔轴的方向输出,这样的输出方式便于使用和波长监测。经过提高介质增益系数,减小Ge镜透过率等手段可使本激光器同时获得三频、四频等输出。该激光器对于分离同位素有重要意义。实验所得到的双频(或三频)激光输出可以满足对一些物质双频(或多频)激发或分离同位素的需要。我们采用的这种TEA CO_2激光器结构比较简单,只用了两个光栅就实现了多频输出,在TEA CO_2激光器的实验研究中,一般要得到三波长输出都采用了三个光栅的激光器,甚至有些是使用多台激光器迭加实现的,成本要比我们的激光器昂贵许多,显然我们的研究还是非常有意义的。 TEA CO_2激光器在11μm波长附近的谱线对于激光等离子体淀积硅膜、研究硅同位素、较多分子的选择性激发及选择性多光子离解、大气污染物检测都是很重要的。而且在国内11μm波长附近的弱线(序列带和热带)研究是比较少的。本实验采用双光栅谐振腔和增长放电增益区,进行TEA CO_2激光器弱线输出特性研究。在最佳混合气体比例CO_2:N_2:He=16:21:63和总压430~*133.3Pa条件下,获得11μm附近弱线(序列带和热带)6条,以及同位素谱线1条(波长为11005nm)和另外两条谱线(波长分别为11013nm和11015.5nm)。这六条弱线是001-110带的P17和011-030带的P19、P21、P24、P25、P26。研究了011-030带的P19谱线(波长10973.5nm)和波长为11013nm的谱线的输出特性。谱线脉宽为400ns左右。谱线能量随光栅中心的位移变化而变化,当光栅中心在放电区中心轴线上时有最大的能量输出。最大输出能量达几百mJ。 本文成功地研制了一种新型的可调谐TEA CO_2激光器,实现了多频和弱线激光输出,所得实验结果可用于分离同位素等方面。


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