脉冲CO2激光器的多频动力学理论研究

论文摘要

脉冲CO2激光动力学理论对脉冲CO2激光器系统的机理分析、新的高性能激光器的探索和实用化激光器的优化设计发挥了重要的作用。本文对脉冲CO2激光动力学过程开展了系统的理论研究，进行了大量的数值计算和分析，主要取得了以下创造性成果： （1）建立了脉冲CO2激光器的多频动力学模型，该模型充分考虑了增益重叠效应，序列带、热带的影响，以及非洛仑兹线型效应，可描述各种气压下脉冲CO2激光器的动力学过程。 （2）利用多频动力学模型解释了多大气压脉冲CO2激光器的激光形成时间和脉冲宽度随比注入能量或激光输出能量的增加而减小的规律，证明了谐振腔内无任何色散元件时的宽带输出频谱是光滑连续的，而频率依赖的反馈引起了输出频谱强烈调制。 （3）利用多频动力学模型分析了混合气体压强、气体成分、填充因子、气体温度和输出耦合镜反射率对TE（A）CO2激光器的激光输出的影响，获得了脉冲能量和峰值功率的不同的最佳反射率条件。 （4）将多频动力学模型中的光强方程用光场方程代替，建立了注入锁定的理论计算模型，扩展了脉冲CO2激光器的多频动力学理论。 （5）开发了一个通用的脉冲CO2激光器软件工具。可计算脉冲CO2激光器的相对增益系数、峰值增益谱、脉冲瞬态特性、输出频率特性和注入锁定特性。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 本课题的研究意义
• 2激光动力学理论综述'>1.2 脉冲 CO₂激光动力学理论综述
• 1.2.1 速率方程理论的发展和应用
• 1.2.2 温度模型理论的发展和应用
• 1.2.3 两种理论的比较
• 1.2.4 多频动力学理论的发展和应用
• 2激光动力学理论的完善'>1.3 脉冲 CO₂激光动力学理论的完善
• 1.4 本论文的主要内容和结构
• 参考文献
• 2激光器的动力学理论基础'>第二章 CO₂激光器的动力学理论基础
• 2分子的振转能级结构及跃迁'>2.1 CO₂分子的振转能级结构及跃迁
• 2.1.1 振动能级
• 2.1.2 转动能级
• 2.1.3 振转跃迁
• 2激光动力学基本过程'>2.2 CO₂激光动力学基本过程
• 2.3 粒子数密度和能量密度的计算
• 参考文献
• 2激光器的多频动力学模型'>第三章 脉冲 CO₂激光器的多频动力学模型
• 3.1 受激辐射截面
• 3.2 谐振腔内的自发辐射
• 3.3 多频动力学方程组
• 3.4 数值计算
• 3.4.1 动力学函数和常数
• 3.4.2 激光脉冲的输出功率和能量
• 3.4.3 数值计算方法
• 3.4.4 初步的计算结果
• 3.5 小结
• 参考文献
• 2激光器的输出特性分析'>第四章 多大气压脉冲CO₂激光器的输出特性分析
• 4.1 增益特性
• 4.1.1 增益谱
• 4.1.2 增益的瞬态特性
• 4.2 激光脉冲的瞬态特性
• 4.3 宽带输出频谱特性
• 4.3.1 输出耦合镜为普通的平行平面镜情形
• 4.3.2 输出耦合镜为楔形镜情形
• 4.4 小结
• 参考文献
• 2激光器的输出特性分析'>第五章 TE（A）CO₂激光器的输出特性分析
• 5.1 气体压强和成分对激光输出能量和峰值功率的影响
• 5.1.1 气体压强对激光输出能量和峰值功率的影响
• 2与N₂的比例对激光输出能量和峰值功率的影响'>5.1.2 CO₂与N₂的比例对激光输出能量和峰值功率的影响
• 2与CO的比例对激光输出能量和峰值功率的影响'>5.1.3 CO₂与CO的比例对激光输出能量和峰值功率的影响
• 5.2 填充因子对激光输出能量和峰值功率的影响
• 5.3 温度特性
• 5.3.1 激光输出能量和峰值功率的温度特性
• 5.3.2 多谱线工作的温度特性
• 5.4 最佳反射率
• 5.4.1 激光输出能量和峰值功率分别存在最佳反射率
• 5.4.2 最佳反射率的影响因素
• 5.5 小结
• 参考文献
• 2激光器的注入锁定特性'>第六章 脉冲 CO₂激光器的注入锁定特性
• 6.1 理论计算模型
• 6.1.1 光场方程
• 6.1.2 物理模型
• 6.1.3 计算方法和数据
• 6.2 三种工作机制
• 6.3 频率失谐特性分析
• 6.4 小结
• 参考文献
• 2激光器软件工具的开发'>第七章 脉冲 CO₂激光器软件工具的开发
• 7.1 程序设计
• 7.1.1 开发环境
• 7.1.2 物理模型和计算方法
• 7.1.3 程序结构
• 7.1.4 错误处理
• 7.2 功能及使用
• 7.2.1 设置
• 7.2.2 计算
• 7.2.3 查询和帮助
• 7.3 小结
• 参考文献
• 第八章 结论
• 发表文章目录
• 致谢