小型TEA CO2激光器的快速调谐技术研究

报道了两种快速调谐技术的研究-6面转镜+固定光栅法和高频步进电机驱动光栅法.实验表明,高频步进电机法优于转镜法.实验得到激光器的一级调谐输出谱线50余条,激光输出能量(30～100)mJ.在单台CO2激光器上实现快速调谐输出波长不同的激光脉冲,其时间间隔达到≤10ms.     

采用扫描振镜方式的快调谐TEA CO2激光器

为了研制适用于激光差分吸收雷达(DIAL)的可调谐横向激励大气压(TEA)CO2激光器,利用六温度模型速率方程理论,分析了TEA CO2激光器的动力学特性,计算了激光器的各种输出特性.设计研制了一台高重复频率快调谐TEA CO2激光器,采用共振扫描镜扫描固定光栅的方案实现了激光的快调谐输出.当激光器高重复频率运转时,得到弱支谱线如10P(42)~10P(48)支谱线基横模能量大于100 mJ,脉冲宽度小于100 ns.10P(46)支谱线的远场发散角为2.41 mrad(水平),2.27 mrad(竖直),约为1.6倍衍射极限.实现了任意波长两条谱线在10 ms内快速切换输出.     

可调谐TEA CO2激光器技术

近年发展起来的激光差分吸收雷达用于遥测大气污染状况,可获得大气污染物浓度的时空分布,这对了解大气污染的分布实况、寻找主要大气污染来源、防治大气污染等均有很重要的价值.TEACO2激光器工作在9～μM的红外波段,大部分大气污染物和化学物质的特征吸收谱都在此波段内.高重复率可调谐的.TEACO2激光器的研制已成为C02激光差分吸收雷达的关键技术.差分吸收雷达从探测方式上可分为相干探测和直接探测方式,其中直接探测方式又可分为后向地物反射方式和距离分辨方式.早期,由于单台激光器快调谐问题尚未解决,一般都采用多台波长固定的CO2激光器组合使用.随着快速调谐技术的发展,差分吸收雷达系统开始采用单台CO2激光发射器.这就使差分吸收雷达系统更加趋于小型化和实用化.利用符合TEA CO2激光器内多种激光混合气体组分的五温度、六温度模型速率方程理论,详细分析了TEACO2激光器的动力学过程,确定激光谐振腔初始条件后,计算了激光器的各种输出特性.激光器输出脉冲参数如峰值功率、粒子数反转、光强、激光能量等均为时间的函数,并且随着输入参数(气压、温度、耦合输出镜反射率等)的不同而作相应的变化.根据理论计算结果,设计研制了两台高重频快调谐TEA CO2激光器,分别采用高频步进电机驱动光栅和扫描振镜+光栅的技术方案实现了激光的快调谐输出.设计了小型化高重复率可调谐的TEA CO2激光器,激光谐振腔长55 cm,采用高频步进电机驱动光栅法,预电离方式为表面电晕紫外预电离,实验得到激光器的一级调谐输出谱线50余条,激光脉冲输出能量30～100 J,峰值功率0.3～1w,谱线分布于9R、9P、10R、10P四个谱区.单片机控制在单台CO2激光器上实现快速调谐输出波长不同的激光脉冲,不同谱线的输出时间间隔约10ms.采用扫描振镜+光栅的调谐技术,又研制了一种双通道放电激励折叠腔.TEA CO2激光器.详细分析了折叠腔TEACO2激光器的结构及其设计特点,谐振腔长约120 cm,影响气体快放电过程的各种因素,如储能电容与峰值电容的比值、工作气压、充放电电感及输入电压的范围等进行了实验研究,确定了充放电谐振回路的最佳参数,实现了双通道的稳定辉光放电.对激光器输出能量与激励电压、混合气体工作气压等参数的关系进行了实验研究,得到激光器自由振荡最大输出能量约为722 mJ.工控机程序控制扫描振镜+光栅的偏转角度,实现了激光的可调谐输出.激光器脉冲重复频率可达到100 Hz,实验得到一级调谐输出谱线80条.强支谱线如10P(20)、9P(18)支输出能量约400 mJ,弱支谱线如10P(48)、9P(42)支谱线能量约100 mJ.经测量,弱支谱线的远场发散角水平方向和垂直方向均为1.21 mrad,约为2倍衍射极限.实现了任意波长两条谱线在10 ms时间内快速切换输出.     

可调谐TEA CO2激光在AgCaSe2中的倍频

在一台小型ＣＯ２激光器上采用光栅调谐的方法获得了从９．２３￣１０．６４μｍ范围的多线输出。其中７条最强的谱线用非线性光学晶体ＡｇＧａＳｅ２实现了二次谐波转换。在基波聚焦情况下，用一片优质的１４ｍｍ长的晶体，获得了Ｒ（１４）跃迁１０．２８８μｍ的２６％倍频能量转换效率。     

低锐度F—P干涉仪调谐的TEA CO2激光器

采用低锐度F-P干涉仪作为离功率脉冲TEA CO2激光器的输出耦合镜，并对该激光器的调谐特性进行了实验研究，结果表明，通过调节干涉仪的问题，这种结构的TEA CO2激光器可以很容易实现选带调谐输出。     

高CO2浓度小型TEA CO2激光器

本文介绍了一种小型密封高CO_2浓度TEA CO_2激光器。利用加热铂丝催化法,在127×10×11mm~3激活体积中。得到能量为62mJ,脉宽为60ns的激光输出,一次充气工作1.2×10~5个脉冲。     

线调谐的长寿命TEA CO2激光器

利用红外光栅调谐的双放电TEA CO2激光器，在CO2的10.4μ带和9.4μ带的P支和R支的86条谱线上获得了激光输出，强线输出能量2j，10P（20）线线宽为0.19cm^-1。激光器一次充气可正常工作几十万次。用光辉引发“闪光”方法成功地纪录了激光输出谱线。该器件已用于激光分离同位素工作。     

光栅调谐TEA CO2激光器谐振腔自动调整系统

为高能量高重复频率光栅调谐TEA CO2激光器设计了一种谐振腔自动调整系统,实现了计算机自动控制下的光斑采集、光斑图像分析和光栅位置调整.介绍了系统构建与开发该系统软件中的关键技术.通过对脉冲光斑图像采集机理的研究,给出了一种由计算机在图像采集过程中同步触发激光器的方法,从而只采集一场数据即能稳定地捕获到完整、清晰的单脉冲CO2激光光斑图像,采集时间小于100ms.     

低锐度F—P干涉具调谐TEA CO2激光器理论分析

从理论上计算了低锐度F-P干涉具有直接输出耦合调谐TEA CO2激光器的输出特性，结果表明：通过改变干涉具的间距，激光器的输出波长可在9μm带和10μm带之间切换；而且，输出一般为多波长，每个波长包含精细纵模结构，纵模的数目和谱线展宽有关，理论计算还给出了输出脉冲波形和脉冲能量随波长的分布。     

TEA13C16O2激光器的实验研究

为扩展可调谐TEA CO2激光器的输出波长范围，增加差分吸收雷达可探测的物质种类，采用^13C^16O2代替激光器工作气体中的CO2成分。计算了TEA^13C^16O2激光器在Ⅰ波段两个分支上的小信号增益系数分布。利用平面光栅单色仪，在小型快调谐TEA^13C^16O2激光器的Ⅰ波段共测到了32条谱线的能量输出，输出范围为10.663～11.347μm。与采用普通CO2作为工作气体的情况相比，激光器谱线输出范围在长波长方向上有很大扩展，输出的最长波长由CO2的10.74μm增大到11．347μm。测得TEA^13C^16O2激光器的最高输出能量为107mJ，并给出了Ⅰ波段典型谱线脉冲的半峰全宽。     

TEA CO2激光推进耦合系数的实验研究

报道了采用高重复频率TEA CO2激光器在不同气压下对冲击摆进行大气模式激光推进耦合系数测试的实验.结果发现,在气压为34.6×103 Pa左右可获得最大的冲量耦合系数.这与在不同气压下采用冲击摆进行固体靶激光推进实验中,在34.6×103 Pa左右存在最大的冲量耦合系数相似.从激光等离子体冲击波的角度对这一现象进行了初步的分析和解释.     

具有时间同步性的双脉冲TEA CO2激光器实验研究

设计了一种新型双波长TEA CO2激光器,该激光器由两个空间上部分重叠的光栅和一个锗镜构成光栅-平面腔,两光栅一前一后放置,相互利用,共同建立双频振荡,由锗镜输出频率不同的双波长激光.输出双脉冲不仅具有一定的空间重叠性,而且具有一定的时间同步性.文章在简述激光器结构的基础上,重点介绍了对输出双脉冲的时间同步性的研究.     

TEA CO2激光脱漆实验研究

本文对激光脱漆技术中的一个关键问题———激光能量密度对脱漆效率的影响,进行了实验研究。给出了TEA CO2激光对基底为LYl2的样品进行激光脱漆的实验数据。结果表明,对于本实验所用的样品而言,当激光能量密度为6-8J/cm2之间时,脱漆效率最高,脱漆速度最快。     

紫外预电离TEA CO2激光器放电特性研究

结合电路分析了TEA CO2激光器的动态放电过程．综合考虑了气体放电中发生的电离、吸附及复合等碰撞过程,建立详细的参数模型,得到了电子密度、放电电流及放电电压随时间变化的波形,并将模拟结果与实验结果进行了对比;模拟并分析了放电回路中部分参量对放电特性的影响,获得了有利于激光器稳定放电的条件。     

高重复频率可调谐TEA CO2激光研究

以研制平均功率千瓦级的实用化高重复频率可调谐TEA CO2激光器为目标，分别研究了注入锁定、低锐度法布里一珀罗(F-P)耦合腔、光栅选线等三种调谐方法。利用光栅选线的方案，采用光栅谐振腔，实现了平均功率千瓦级的高重复频率TEA CO2激光调谐输出。激光器输出10P(20)，10R(20)，9P(20)，9R(20)线的脉冲能量分别为5．8J，5．8J，5．5J．5．6J，重复频率200Hz，光束远场发散角为1．66mrad(水平)与1．43mrad(竖直)，约为2倍衍射极限。     

小型化高能输出TEA CO2激光器的实验研究

报道了一种小型高能输出横向激励大气压(TEA)CO2激光器.该激光器的主放电电极锆青铜材料制作,采取紧凑式Ernst电极,加大电极间距,增大了激活区体积.使用火花阵列预电离方式,有利于主放电均匀、稳定,且不易产生弧光.低重复频率下,自由振荡情况下的输出能量可达到2.5J.使用单片机控制的步进电机驱动光栅进行调谐,调谐后10P(20)谱线多模输出能量可达到1.2J,10P(20)谱线输出脉冲宽度为90ns.     

TEA序列带CO2激光器的实验研究

在腔内ＣＯ２热池长度小于放电区长度的条件下,进行了序列带ＴＥＡＣＯ２激光器光性能研究。经条件的选择,获得了四十余条序列带谱线激光输出,其中１０余条谱线达１Ｊ对上。