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气体中的受激拉曼散射研究及其在激光波长转换中的应用

冷静  
【摘要】: 受激拉曼散射(SRS)作为一种受激散射过程,具有与激光辐射完全相同的特性,可以用于产生新的相干辐射资源,已成为激光波长变换的一种重要方法。本论文采用脉冲三倍频Nd:YAG激光在两种带宽模式下对甲烷、氢气和氧气中的受激拉曼散射进行了研究。主要研究内容如下: 宽带(1cm-1)泵浦模式下,后向散射由于增益系数要远比前向SRS的小得多,故完全被抑制了。在这种模式下,本文主要考察了前向SRS中各级Stokes之间的能量分布及其转换效率随气体压力和泵浦能量的变化情况;并讨论了四波混频在高级Stokes产生中的作用和惰性气体对多级Stokes转换的影响。对于CH_4、H_2和O_2,其前向一级Stokes的最大量子转换效率分别可达79%、83%和29.6%,基本上都超过文献中报道的相应结果。 单纵模(0.003cm~(-1))泵浦模式下,后向散射由于其增益系数大大变强,因而可以获得较高的转换效率。在甲烷和氢气中,后向散射主要是后向SRS,其最大量子转换效率分别可达64.7%和58.6%;而在氧气中则主要是受激布里渊散射,其最大转换效率可达74%。在该模式下,本文重点对前向和后向受激散射之间的竞争进行了研究;并讨论了热效应和惰性气体对这种竞争的影响。此外,本文还建立了一个准二维的数值模型,从理论上对前向和后向SRS之间的竞争进行了深入研究;并利用该模型,成功地模拟了低脉冲频率下甲烷中的实验结果,同时解释了其他条件下的相应结果。 论文最后部分针对高功率连续波激光的拉曼转换,提出了一种反馈式多程池方案;并以此方案为模型,首次从理论上对高功率CW-COIL在氧气中的拉曼转换进行了数值模拟与概念设计。


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