微波泵浦與橫向高壓脈沖快放電泵浦S2發(fā)光特性研究.pdf

1、在很長的時間里,人們對S2進行了很多的理論及實驗研究。S2作為與O2分子同族的同核雙原子分子,觀測到源于B3∑-u(v')-X3∑-g(vn)的較強發(fā)射光譜,其光譜范圍在250到700nm的可見光到紫外光波段,此譜段的應用主要在照明及激光輻射方面。微波泵浦產生S2[B3∑-u(v')-X3∑-g(vn)]的自發(fā)輻射具有大的發(fā)射截面(約10-16cm2),且由于其寬帶光譜與太陽光譜類似,可用于高亮度照明;采用激光泵浦或橫向高壓脈沖快放電泵

2、浦S2,可使其受激發(fā)射藍綠波段可調諧激光,由于其波長處于海水的傳輸窗口波長區(qū)域,可用于海底通信和海底地貌測繪。在本文中,針對S2的發(fā)光特性,我們從微波泵浦產生自發(fā)輻射和橫向高壓脈沖快放電泵浦產生受激輻射兩個方面對此進行了研究。
　　針對S2分子具有的發(fā)光潛能,對其發(fā)光特性從理論進行了研究。利用Gamess和Molpro量化計算程序,計算了S2的勢能曲線,得到了S2[X3∑-g(vn)]和B3∑-u(v')電子態(tài)的振動能級,并對其產

3、生輻射躍遷的自發(fā)輻射系數(shù)進行了研究,計算了S2的壽命。針對實驗中需要加入緩沖氣體,緩沖氣體與S2形成范德瓦爾斯分子,從理論上研究了緩沖氣體對S2發(fā)光光譜性質的影響。計算了He對S2上能級的壽命的影響。本部分的理論研究工作為進一步的S2分子發(fā)光的實驗和理論研究奠定了基礎。
　　在S2分子發(fā)光特性的研究方面,由于微波泵浦硫燈寬的自發(fā)輻射光譜與太陽光譜類似,采用2450MHz的微波泵浦S2分子,其強烈的自發(fā)輻射光具有高亮度、光色好的優(yōu)點

4、,可作為優(yōu)質的照明光源。我們對微波泵浦硫燈進行了理論和實驗研究。
　　針對微波硫燈寬的發(fā)光光譜接近于太陽光譜,通過理論研究對微波硫燈的光譜進行理論模擬,研究了微波硫燈發(fā)光光譜的來源。微波硫燈的光譜來源主要是S2(B3∑-u-X3∑-g)的自發(fā)輻射發(fā)光。同時,硫同位素構成的S2的自發(fā)輻射發(fā)光、Sn(n>2)的自發(fā)輻射發(fā)光、硫雙原子分子離子的自發(fā)輻射發(fā)光、較大氣壓下的碰撞均勻譜線展寬等,所有的這些粒子的發(fā)光光譜組成了微波硫燈的接近太陽

5、光譜的準連續(xù)光譜。對S2(B3∑-u-X3∑-g)各振動態(tài)躍遷的自發(fā)輻射發(fā)光強度進行了計算,并對硫燈中的S2和高階硫Sn(n>2)的吸收光譜進行了計算,得到的光譜輪廓與實驗光譜吻合。由此結果可以指導微波硫燈的實驗研究,通過調節(jié)各種參量使硫燈中的發(fā)光介質主要為S2,降低Sn(n>2)的含量,使發(fā)光光譜與太陽光譜吻合地更好。
　　在實驗研究方面,針對提高微波硫燈的發(fā)光光通量和發(fā)光效率的研究,通過優(yōu)化相關的參量,提高了微波能量的利用效率

6、。主要包括以下幾個方面:對影響硫燈發(fā)光性能的因素進行了研究,包括燈泡的真空度、硫的添加量、硫的提純和氬氣的充入量,對硫燈在微波諧振腔中的位置進行了理論分析和實驗測試,得到了硫燈泡在諧振腔中可獲得最大的微波耦合效率的最佳位置。在以上的基礎上,對緩沖氣體為Ar的微波硫燈的發(fā)光光譜、光通量、色溫、顯色指數(shù)和發(fā)光效率進行了實驗研究;研究了緩沖氣體為Xe的微波硫燈各項發(fā)光參量,并與緩沖氣體為Ar的微波硫燈進行了比較分析。通過以上的理論與實驗研究,

7、大大地提高了微波硫燈的發(fā)光效率,使其發(fā)光效率達到了國際先進水平。
　　S2發(fā)光,不僅可使用其自發(fā)輻射用于照明,同樣可利用其受激輻射躍遷作為激光介質。選用硫雙原子分子作為激光介質,是由于S2的基態(tài)X3∑-g態(tài)與激發(fā)態(tài)B3∑-u態(tài)勢能曲線所特有的形狀和相對位置決定著實現(xiàn)激光振蕩的潛在能力。針對采用橫向高壓脈沖快放電型S2激光器機理研究,通過對其動力學模型的分析,獲得了激光介質粒子數(shù)密度隨時間的變化規(guī)律。采用橫向高壓脈沖快放電泵浦S2分

8、子的機理研究方面,建立了完善的脈沖快放電泵浦S2的動力學模型。研究了腔體中電子能量分布,據(jù)此可計算得到電子碰撞激發(fā)、電離S2及Ar的反應速率常數(shù)。找到了在腔體中最可能發(fā)生的19個反應過程以及相應的反應速率常數(shù),建立了反應速率方程組。對反應速率方程組求解,得到了基態(tài)S2和激光的上下能級的S2粒子數(shù)密度隨時間的變化情況。根據(jù)此結果,對脈沖快放電泵浦S2產生的小信號增益系數(shù)進行了計算,其結果與實驗值符合較好,說明這種模擬計算模型是成功的。其結