電激勵(lì)烷基碘化物產(chǎn)生碘激光機(jī)制研究.pdf

1、碘激光波長處于大氣窗口區(qū)，在大氣中具有良好的傳輸特性；碘激光的光纖傳輸性較好，適于在石英光纖中高效率傳輸；碘激光可放大性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)激光器的大功率輸出?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，使得碘原子激光器的研究受到重視。作為碘原子激光器一種的電激勵(lì)碘原子激光器相比其它碘激光器而言，電效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，在工業(yè)加工等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面出發(fā)，開展了脈沖放電激勵(lì)烷基碘化物產(chǎn)生碘激光的研究。
　　在理論研究方面，應(yīng)用量子化學(xué)

2、理論對(duì)全氟烷基碘化物分子CF3I、C2F5I、i-C3F7I和氫氟混合烷基碘化物分子C2H2F3I、n-C3H4F3I進(jìn)行計(jì)算。使用MP2方法計(jì)算給出了這五種分子及其正、負(fù)離子的精確幾何結(jié)構(gòu)。電激勵(lì)碘原子激光器中，電子與介質(zhì)間的碰撞過程是激光器的主要?jiǎng)恿W(xué)過程，采用B3LYP密度泛函方法、Mφller-Plesset微擾方法、QCISD和CCSD等方法對(duì)這些動(dòng)力學(xué)過程即電子與烷基碘化物分子的碰撞激發(fā)、碰撞解離、電離和電子吸附進(jìn)行精確計(jì)算

3、，給出碰撞過程的能量即五種分子的激發(fā)能、解離能、電離能和電子親和勢。為提高計(jì)算精度，能量計(jì)算進(jìn)行了零點(diǎn)振動(dòng)能（ZPVE）校正，解離能的計(jì)算還進(jìn)行了基組重疊誤差（BSSE）校正。電子與烷基碘化物分子碰撞過程能量計(jì)算可給出電激勵(lì)碘激光器實(shí)現(xiàn)最佳粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的平均電子能量。
　　建立了介質(zhì)分別為CF3I、C2F5I和i-C3F7I，緩沖氣體為N2的完善的電激勵(lì)碘原子激光器動(dòng)力學(xué)理論模型。通過對(duì)電激勵(lì)烷基碘化物產(chǎn)生碘激光動(dòng)力學(xué)過程的詳細(xì)分析

4、，模型中共考慮了電子碰撞激發(fā)、電子碰撞解離、電子碰撞電離、碰撞消激發(fā)、兩體及三體重合等29個(gè)反應(yīng)過程。采用Runge-Kutta法對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值求解，獲得了激光器運(yùn)行過程中主要粒子數(shù)密度和光子數(shù)密度隨時(shí)間的變化情況。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，分別計(jì)算了光子數(shù)峰值密度隨烷基碘化物介質(zhì)和緩沖氣體壓力的變化情況。電激勵(lì)碘原子激光器動(dòng)力學(xué)模型的理論研究對(duì)激光振蕩實(shí)驗(yàn)研究具有指導(dǎo)意義。
　　在實(shí)驗(yàn)上，為拓寬電激勵(lì)碘激光介質(zhì)的選擇范圍，采用微波放電

5、激勵(lì)方式對(duì)氫氟混合烷基碘化物C2H2F3I和n-C3H4F3I作為碘激光介質(zhì)的可能性進(jìn)行了研究。利用微波激勵(lì)C2H2F3I和n-C3H4F3I，在不同氣壓條件下均觀測到了這兩種烷基碘化物的.1μm315發(fā)射譜。此外，由于增益特性是分析激光振蕩的必要條件，對(duì)放電激勵(lì)碘化物C2H2F3I和n-C3H4F3I的小信號(hào)增益進(jìn)行了理論估算與實(shí)驗(yàn)測量。小信號(hào)增益的實(shí)驗(yàn)測量采用后反射鏡法，測量結(jié)果與理論結(jié)果接近。發(fā)射譜和小信號(hào)增益的研究表明，氫氟混合

6、烷基碘化物C2H2F3I和n-C3H4F3I具有作為電激勵(lì)碘激光介質(zhì)的可能性，為激光振蕩研究奠定了基礎(chǔ)。
　　設(shè)計(jì)了橫向脈沖放電碘原子激光器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以CF3I為激光介質(zhì)、N2為緩沖氣體成功實(shí)現(xiàn)了脈沖激光輸出。對(duì)激光器主要組成部分如主放電電極、預(yù)電離電極、激光諧振腔、氣體循環(huán)與熱交換系統(tǒng)、氣壓測控及自動(dòng)充配氣系統(tǒng)和高壓脈沖激光電源等進(jìn)行整體方案及具體參數(shù)設(shè)計(jì)。對(duì)安裝、調(diào)試完成后的裝置進(jìn)行輝光放電實(shí)驗(yàn)研究，給出了實(shí)現(xiàn)均勻穩(wěn)定輝光放電