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1、5.5 其他激光器5.5.1 準(zhǔn)分子激光器準(zhǔn)分子:常態(tài)下為原子,在激發(fā)態(tài)下能夠暫時(shí)結(jié)合成不穩(wěn)定分子工作物質(zhì):準(zhǔn)分子氣體工作參數(shù):脈沖輸出能量:百焦耳量級(jí); 脈沖峰值功率:千瓦以上 重復(fù)率:200次/秒; 光束發(fā)散角:0.15mrad1.準(zhǔn)分子激光器的特點(diǎn) (1)能級(jí)結(jié)構(gòu)有明顯的特點(diǎn)。 A:較高激發(fā)態(tài)B:激光上能級(jí) 束縛態(tài),比較穩(wěn)定C:表示基態(tài),激光下能級(jí)。 排斥態(tài)或弱束縛態(tài),不穩(wěn)定,沿著位能曲線C極快地向核間距R增大的方向移動(dòng),直至最終解離成獨(dú)立的原子,基態(tài)分子也就消失。因此在核間距R0處很容易形成B,C間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)圖(5-33) 準(zhǔn)分子的能級(jí)結(jié)構(gòu) 壽命:10-13s 壽命:10-8s圖(5
2、-33) 準(zhǔn)分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分子:激發(fā)態(tài)基態(tài) 束縛態(tài)自由態(tài)下能級(jí)近似為空,不存在低能級(jí)被充滿而終止反轉(zhuǎn)。準(zhǔn)分子躍遷:不是“自終止”型。只要有一定數(shù)量準(zhǔn)分子存在,反轉(zhuǎn)就存在,所以容易積累相當(dāng)數(shù)量的粒子數(shù),并有可能獲得較大粒子反轉(zhuǎn)數(shù)和較高能量。(2). 由于基態(tài)壽命很短,即使是超短脈沖情況下,基態(tài)也可認(rèn)為是空的,因此準(zhǔn)分子體系對(duì)產(chǎn)生巨脈沖特別有利。 (3).激光下能級(jí)是基態(tài),基本上沒有無(wú)輻射損耗。因此量子效率很高,這是準(zhǔn)分子激光器可能達(dá)到高效率的主要原因。 (4).由于激光下能級(jí)的離子迅速離解,因而拉長(zhǎng)脈寬和高重復(fù)率工作都沒有困難。 (5).由于準(zhǔn)分子的熒光光譜為一連續(xù)帶,故可做成頻率可調(diào)諧器件。
3、 2.準(zhǔn)分子激光器的泵浦方式 (1)電子束泵浦 用電子槍產(chǎn)生高能量、快上升時(shí)間的電子束脈沖,將電子束射向準(zhǔn)分子區(qū),對(duì)激活介質(zhì)進(jìn)行激發(fā)。三種形式: 橫向泵浦:其電子束進(jìn)行方式與激光光軸方向垂直。 特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小,但是電子束能量利用率低。 縱向泵浦: 其電子束方向與激光光軸平行。 特點(diǎn):能量利用率得到改善,但需要增加用來(lái)對(duì)電子束導(dǎo)向的龐大聚束 磁場(chǎng)。 同軸電子束泵浦:組成電子槍的陰極和陽(yáng)極做成兩個(gè)不同直徑的圓筒,陰極外筒均 勻地向內(nèi)筒陽(yáng)極發(fā)射電子并穿過(guò)陽(yáng)極薄箔向中心會(huì)聚。陽(yáng)極筒內(nèi) 充滿激活介質(zhì),光軸與陽(yáng)極筒、陰極筒同軸。 特點(diǎn):有效利用電子束能量。產(chǎn)生泵浦脈沖上升時(shí)間快,單脈沖 能量大,可
4、大面積泵浦。但是,要求龐大的電子束源,結(jié) 構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高,制造難度大。(2)快速放電泵浦快速放電泵浦方式多采用所謂布魯姆萊(Blumlein)電路。 優(yōu)點(diǎn):體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可高重復(fù)頻率工作 5.5.2 自由電子激光器自由電子激光器:把相對(duì)論電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成相干輻射能的裝置工作物質(zhì):自由電子束。 和普通激光器的根本區(qū)別:輻射不是基于原子、分子或離子的束縛電子能級(jí)間 的躍遷。 特點(diǎn):(1)輸出的激光波長(zhǎng)可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)諧。 已實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)范圍:100nm1mm。 (2)工作物質(zhì)為電子束本身,因此不會(huì)出現(xiàn)自聚焦、自擊穿等非線性 光學(xué)損傷現(xiàn)象。 (3)具有極高的能量轉(zhuǎn)換效率,理論上可高達(dá)50%
5、。理論:自由電子手機(jī)輻射原理 (1)1951年由莫茨提出。 (2)1974年首次在毫米波段實(shí)現(xiàn)受激輻射。 (3)1976年在紅外波段實(shí)現(xiàn)受激輻射之后,大大推動(dòng)了對(duì)自由電子手 機(jī)輻射的進(jìn)一步研究。5.5.3 化學(xué)激光器化學(xué)激光器:基于化學(xué)反應(yīng)來(lái)建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生受激輻射的一類激光器工作物質(zhì):氣體或液體,目前大多數(shù)為氣體。 和普通激光器的根本區(qū)別:輻射不是基于原子、分子或離子的束縛電子能級(jí)間 的躍遷。 特點(diǎn):(1)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成激光。 原則上不需要外加電源或光源作為激發(fā)源,利用工作物質(zhì)本身化 學(xué)反應(yīng)中釋放出來(lái)的能量作為激發(fā)能。 (2)輸出的激光波長(zhǎng)豐富。 工作物質(zhì):原來(lái)參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)成分,
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