三倍频Nd∶YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd∶YAG激光(355 nm)在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的实验研究。在宽带(约1 cm-1)抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22%和8%。在窄带(约0.003 cm-1)模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67%。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1.5 ns和2.3 ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

单纵模Nd∶YAG激光抽运CH_4中强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd∶YAG二倍频激光[波长532 nm,线宽Δνp<100 MHz,脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体,观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射,这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同,其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近,受激布里渊散射处于瞬态。理论计算表明,这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数,而被其竞争抑制。当脉冲重复频率为2 Hz,抽运能量为95 mJ时,在1.1 MPa CH4中,后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%,其时间波形出现张弛振荡,脉宽被压窄到1.2 ns,从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍,而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量。用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡。     

355 nm脉冲激光在甲烷中的高效多波长拉曼转换

 研究了脉冲Nd:YAG激光（355 nm）泵浦的甲烷中多级Stokes光的产生和惰性气体对其转换效率的影响，其中一级和二级Stokes光的最大能量转换效率分别可达71%和38%（对应量子效率为79%和48%），大大高于已往文献报道的20%。在0.5 MPa下，可同时获得322 nm（3.6%），355 nm（24.5%），396 nm（24.3%），448 nm（22.3%）和515 nm（9.3%）的多波长输出。甲烷压力对多级Stokes转换有显著影响：高气压利于产生高效的一级Stokes光，而低气压则适合于高级Stokes光的产生。根据级联受激拉曼散射(SRS)和四波混频(FWM)理论对实验结果进行了分析，结果表明甲烷中高级Stokes光的产生是SRS和FWM协同作用的结果。加入的氦气增强了甲烷中Stokes光的转换效率，而氩气的作用恰恰相反，利用热透镜效应可以很好地解释这些现象。     

射流式单重态氧发生器研究

单重态氧O2 (a1Δg)是迄今唯一能用纯化学反应高效产生的具有长寿命的亚稳激发态分子 .为了考察提出的用两个O2 (1Δ)能量汇集反应生成氧第二单重激发态O2 (b1Σ+ g)以实现近可见短波长化学激光方案的现实性 ,设计和实验了一个氯流量为 3～ 10mmol/s的射流式单重态氧发生器 (JSOG) .考察了三种具有不同孔径和孔数目的喷头、氯气流量和脱水冷阱温度等对JSOG出口的O2 (1Δ)浓度、O2 (1Δ)分压、氯利用率及水蒸气含量的影响 .发现用聚氯乙烯管作冷阱时 ,最佳冷阱介质温度为 - 140～ - 15 0℃ ,对此提出了O2 (1Δ)表面脱活与脱水互相竞争的解释 .在最佳条件下 ,可将O2 (1Δ)气中水分压降低至 4Pa ,这一结果是首次报导     

355nm Nd∶YAG激光在H_2中的高效一级斯托克斯转换

对脉冲Nd∶YAG激光(355 nm)在H2和H2∶He-Ar混合气体中的受激拉曼散射(SRS)进行了研究。在0.5 MPa的氢气中,同时测量到从二级反斯托克斯到三级斯托克斯的多波长输出,其总转化效率达88%;而高压下只剩下一级和二级斯托克斯输出,其中二级斯托克斯最大能量转化效率达44%(对应量子效率为63%)。由于高级斯托克斯的竞争,纯氢气中一级斯托克斯的最大能量转换效率不超过43%。通过向3 MPa氢气中掺入2 MPaAr气后,很好地抑制了二级斯托克斯的产生,从而获得了能量转换效率高达71%(对应量子效率为83%)的一级斯托克斯输出。对四波混频和级联受激拉曼散射在氢气多级斯托克斯产生中的作用以及惰性气体对它们的影响进行了讨论。     

三倍频Nd:YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd：YAG激光（355nm）在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）的实验研究。在宽带（约1cm^-1）抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22％和8％。在窄带（约0．003cm^-1）模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67％。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1．5ns和2．3ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

热散焦效应对甲烷后向受激喇曼散射的影响

The conversion efficiency of stimulated Raman scattering (SRS) in CH4 is studied by using a single longitudinal mode second-harmonic Nd:YAG laser (532 nm, linewidth 0.003 cm-1, pulse-width (FWHM) 6.5 ns).Due to the heat release from vibrationally excited particles, SRS processes often suffer from the thermal defocusing effect (TDE). In view of 6.5 ns laser pulse width is much shorter than the vibrational relaxation time of CH4 molecules, TDE can only affect the SRS processes afterwards. In the cases of low laser repetition, TDE will be not serious, because it will be removed by the thermal diffusion in Raman medium before the next pulse arrives. At the laser repetition rate 2 Hz, CH4 pressure 1.1 MPa and pump laser energy 95 m J, the quantum conversion efficiency of backward first-Stokes (BS1) has attained 73%. This represents the highest first-stokes conversion efficiency in CH4. Furthermore, due to the relaxation oscillation, the BS1pulses are narrowed to about 1.2 ns. As a result, the BS1 peak power turns out to be 2.7 times that of the pump. Its beam quality is also much better and is only slightly affected by TDE. This reason is that BS1 represents a wave-front-reversed replica of the pump beam, which can compensate the thermal distortions in Raman amplify process. Under the same conditions, but pump laser repetition rate as 10 Hz, the conversion efficiency of BS1 goes down to 36% due to TDE. From this study, we expect that a well-behaved 630 nm Raman laser may be designed by using a closed CH4/He circulating-cooling system, which may have some important applications.     

532 nm Nd:YAG激光的高效多波长受激喇曼转化

 Nd:YAG二倍频激光(532 nm)泵浦H2中的受激喇曼散射产生多级斯托克斯。其中一级、二级和三级斯托克斯的最高量子转换效率分别可达66%，60%和19%。在0.44 MPa下，可同时获得1 579 nm(19%)，954 nm(30%)，683 nm(33%)，532 nm(14%)，436 nm(3.7%)和368 nm(1.4%)的多波长输出。H2压力对多级斯托克斯转换有显著影响：高气压有利于产生高效的一级斯托克斯，而低气压则适合于高级斯托克斯和反斯托克斯的产生。     

自发拉曼光谱法测量O2(1Δ)产率中氯气荧光干扰的消除

利用自发拉曼光谱法测量O₂(1Δ)产率的过程中发现O₂(1Δ)和O2(³∑)拉曼光谱上叠加有氯气荧光光谱, 严重影响了O₂(1Δ)产率的测量. 为此,利用气体分子的拉曼光谱具有偏振特性,而荧光光谱没有偏振特性的特点对测量O₂(1Δ)产率的自发拉曼光谱法进行了改进. 实验结果表明,这一改进可有效消除氯气荧光干扰,使单重态氧发生器在氯气利用率为88%时的O₂(1Δ)产率可很容易地被确定为(42.4±7.4)%.     

355 nm Nd:YAG激光在H2中的高效一级斯托克斯转换

对脉冲Nd:YAG激光(355 nm)在H2和H2:He-Ar混合气体中的受激拉曼散射(SRS)进行了研究.在0.5 MPa的氢气中,同时测量到从二级反斯托克斯到三级斯托克斯的多波长输出,其总转化效率达88%;而高压下只剩下一级和二级斯托克斯输出,其中二级斯托克斯最大能量转化效率达44%(对应量子效率为63%).由于高级斯托克斯的竞争,纯氢气中一级斯托克斯的最大能量转换效率不超过43%.通过向3 MPa氢气中掺入2 MPaAr气后,很好地抑制了二级斯托克斯的产生,从而获得了能量转换效率高达71%(对应量子效率为83%)的一级斯托克斯输出.对四波混频和级联受激拉曼散射在氢气多级斯托克斯产生中的作用以及惰性气体对它们的影响进行了讨论.