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双波长射频波导CO_2激光器同步输出研究

作　者: 张延超
导　师: 田兆硕
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: THz辐射双通道射频激励波导CO2激光器脉冲同步输出
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 22次
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内容摘要

非线性差频是产生THz光波有效方法之一,根据非线性光学理论,当两束脉冲激光同步时差频效率最高。本文根据非线性差频产生THz波的要求,设计研制了双波长共电极射频波导CO₂激光器,波导采用金属陶瓷结构,激光器采用单一射频源同时激励两个等长的波导通道,激光输出方向相反,由于两通道具有相同的参数,受外界环境影响基本一致,因此双通道脉冲激光同步几率较高。另外此激光器具有结构紧凑、体积小、成本低的优点。本文首先分析了CO₂激光器基本动力学过程,设计波导激光器谐振腔结构。为输出可调双波长激光,每一通道一端采用光栅选支,一级振荡零级输出的方式,为减少耦合损耗,采用第二类波导谐振腔结构。本文分析了当激光器电极终端短路、终端开路、终端加电感、并联多个电感时的电压纵向分布,在激光器电极上每侧均匀分布5个等值电感以降低电压驻波比,使电压分布均匀。理论分析计算了射频源与激光头的四种常见的阻抗匹配网络,本激光器采用LC型匹配网络,计算了LC型匹配网络的效率。在实验上测量了双通道脉冲激光输出参数,调整光栅角度可获得10P（16）-10P（32）支激光输出,调节压电陶瓷上的电压可以调谐激光频率及激光脉冲建立时间,在数字示波器上观察到脉冲建立时间约为50μs。每通道脉冲宽度为600ns,峰值功率为100W。两通道激光合束后,调节压电陶瓷电压使两通道脉冲同步,同步几率约为80%。为对比本文设计的双波长射频波导CO₂激光器在实验上研究了两台独立射频波导CO₂激光器同步输出,通过调节触发两台激光器电源的延时来使两脉冲同步输出,实验测得同步几率为10%。通过实验证明双波长射频波导CO₂激光器相对于两台独立的激光器具有较高的脉冲同步几率。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景和课题研究的目的意义  9-10
  1.2 波导激光器的产生  10
  1.3 射频波导CO_2 激光器的特点  10-11
  1.4 射频波导CO_2 激光器的发展  11-14
    1.4.1 单通道射频波导CO_2 激光器  11-12
    1.4.2 折叠式射频波导CO_2 激光器  12
    1.4.3 列阵式射频波导CO_2 激光器  12-13
    1.4.4 大面积射频高功率CO_2 激光器  13-14
  1.5 可调谐射频波导CO_2 激光器的发展  14-16
  1.6 本课题的任务及意义  16-17
第2章 CO_2 激光器的基本动力学过程  17-22
  2.1 CO_2 分子结构和振动能级的跃迁  17-19
  2.2 驰豫过程  19-21
    2.2.1 激光上能级的驰豫过程  19-20
    2.2.2 激光下能级的驰豫过程  20-21
  2.3 激发过程  21
  2.4 本章小结  21-22
第3章波导激光器理论  22-30
  3.1 引言  22
  3.2 波导谐振腔的构成和特征  22-23
  3.3 波导本征模  23-27
    3.3.1 空心圆波导中的模式  23-25
    3.3.2 矩形波导中的模式  25-27
  3.4 波导模的损耗  27-29
    3.4.1 传输损耗  27-28
    3.4.2 弯曲损耗  28
    3.4.3 耦合损耗  28-29
  3.5 小结  29-30
第4章射频电压沿电极分布及阻抗匹配研究  30-45
  4.1 射频电压沿电极纵向分布研究  30-39
    4.1.1 均匀传输线理论  30-33
    4.1.2 电压分布理论分析  33-39
  4.2 阻抗匹配研究  39-44
    4.2.1 引言  39
    4.2.2 匹配网络  39-43
    4.2.3 匹配网络效率  43-44
  4.3 小结  44-45
第5章双波长射频波导CO_2 激光器及同步输出研究  45-55
  5.1 引言  45
  5.2 双波长射频CO_2 激光器结构设计及参数选择  45-48
    5.2.1 激光器结构  45-46
    5.2.2 激光器阻抗匹配  46-47
    5.2.3 光栅选支原理  47-48
  5.3 激光器调试  48-52
    5.3.1 调整谐振腔  48-49
    5.3.2 激光器放电实验  49-50
    5.3.3 同步输出实验  50-52
  5.4 两台单独激光器同步输出实验  52-54
  5.5 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-60
攻读学位期间发表的学术论文  60-62
致谢  62

双波长射频波导CO_2激光器同步输出研究

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