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高功率高重复率TEA CO2激光器研究

高功率高重复率TEA CO_2激光器是一种有着良好应用前景的激光器件。本文中的全部研究工作,都是围绕着高功率高重复率高光束质量TEA CO_2激光而展开的。在综述了CO_2激光器,尤其是高重复率TEA CO_2激光器的发展之后,论文系统地研究了高功率高重复率TEA CO_2激光器的结构、组成与工作特性。结合激光的工程应用,重点讨论了激光器脉冲重复率和输出光束空间分布的相关问题。在对提高激光脉冲重复率的制约因素进行分析的基础上,设计并实现了一种新的激励方式—顺序放电的激励方式,在保持多组件激光器组件结构不变的条件下,使输出光脉冲的重复率和平均输出功率成倍增加。通过实验测量了TEA CO_2激光器输出光束的空间分布,得到了M~2因子等于1.1的高质量输出光束。研究了TEA CO_2激光器输出的“平顶型”光束的成因,通过实验测量证实:在TEA CO_2激光器中,由于较高增益的激光介质中存在着强烈的饱和效应,使得输出光束分布被展宽和均匀  (本文共109页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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TEA CO_2激光器放电特性及电源系统研究

激光推进、光电对抗及强场物理研究等新兴应用对脉冲TEA(Transversely Excited Atmospheric)CO2激光器的单脉冲能量、峰值功率、重复率等性能指标提出了更高要求。脉冲放电特性及电源系统对激光器的这些性能有非常重要的影响。 论文首先实验研究了工作气体成分和气压、工作频率、运行时间以及谐振腔参数等非电路因素对TEA CO2激光器脉冲放电特性和电光转换效率的影响。通过研究,找到了一种最佳的无氦工作气体配比CO2:N2:H2=1:5:0.67,该工作气体显著提高了激光器的单脉冲能量,降低了激光器的运行成本。随后,论文对电源系统的放电电路、充电电源、触发控制器等部分及其对TEA CO2激光器放电特性的影响进行了系统的理论和实验研究。通过综合考虑气体放电中所发生的电离、吸附、复合等过程,建立了电感充放电电路的理论模型。利用该模型较精确地模拟了从放电电路触发到最终残余振荡的全过程,揭示了电路参数影响放电的规律。针对...  (本文共88页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
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快调谐TEA CO_2单纵模激光及注入锁频技术研究

单纵模TEA CO_2激光器因其具有窄线宽、高功率、可调谐、对人眼安全等优点,广泛应用于光泵浦远红外激光器、分子光谱学、速度测量以及大气遥感监测等诸多领域中。当其用于CO_2差分吸收雷达(DIAL)时,由于具有极好的单色性和相干性,可以实现外差探测。与直接探测CO_2 DIAL相比,外差探测CO_2 DIAL探测距离更远,探测灵敏度更高,并且可以同时获得目标的速度信息,这些优点使得国外在二十世纪八十年代就开始对其进行研究。外差探测CO_2 DIAL的关键技术之一就是要求使用频率稳定的单纵模TEA CO_2激光器,作为发射机的振荡源,鉴于此,本文从理论上和实验上对TEA CO_2激光器获得单纵模激光技术及频率锁定技术进行了研究。首先导出了可以描述TEA CO_2激光器动力学过程的六温度振动转动模型,利用该模型对单纵模TEA CO_2激光器的输出特性进行了分析,讨论了混合气体压强、气体成分、气体温度、输出耦合镜反射率以及谐振腔长对输...  (本文共131页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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TEA CO_2激光器的大体积放电研究

高能脉冲CO_2激光器由于近年兴起的激光推进、激光强场物理等应用的需求,又一次得到了人们的重视。实现稳定、均匀的大体积放电,是获得高单脉冲能量的必经途径。本文较为详尽的论述了在大放电体积下TEA(Transversely Excited Atmospheric)CO_2激光器的放电理论与实验研究结果。主要从放电电极、预电离方式、放电电路、放电发展过程和放电发光光谱分析出发,旨在优化放电结构,提高高气压大体积下的放电稳定性。从理论上对TEA CO_2激光器的均匀场放电电极进行了研究。利用有限元计算方法,计算并讨论了均匀场电极中电极面型、电极板安装结构和电极板厚度对实际电场分布影响。根据放电等离子体辉光分布,我们认为电极表面的电场强度分布,仅对放电的初始发展具有影响,而放电区中央的电场分布以及预电离强度,对最终放电区的均匀性具有决定性的影响。对影响小信号增益的各种因素进行了实验研究。系统地讨论了电路因素(放电区结构、放电电路、充电电...  (本文共139页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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TEACO_2激光器工作气体演化的实时质谱分析

近年来由于激光推进,光泵太赫兹的兴起,高功率高重复率的脉冲二氧化碳激光器再次受到人们的重视。实现稳定均匀的辉光放电是激光器高重复率长寿命运作的基本手段。本论文采用实时质谱分析的方法对获得稳定均匀放电的关键技术之一:工作气体的演化过程进行了研究。本论文首先介绍了二氧化碳分子的振动激发原理和放电过程中二氧化碳分子的分解机制,分析了几种常用的辅助气体对激光器输出能量和工作寿命的影响。指出了激光器长时间运作过程中负离子的产生途径,负离子的危害以及清除负离子的方法。随后,介绍了四极质谱仪的主要结构以及四极滤质器的基本工作原理,总结了四极质谱仪的操作方法和注意事项。列举了质谱仪的三种常用工作模式的使用范围以及相应的参数设定。研究了质谱仪连续取样对工作气体的影响。最后,分别使用质谱仪和能量计,实时观测实验室自制的TEA 30型激光器工作气体的演化过程和输出能量的变化,从二氧化碳分解率、氧气及氮氧化合物等有害气体生成率、最高单脉冲输出能量、工作...  (本文共59页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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基于RSD开关的脉冲电源研究

高性能脉冲电源是TEA CO_2激光器的关键单元之一,它直接影响到激光器输出单脉冲的能量大小、重复频率、平均功率和峰值功率。在综合比较传统开关器件构成的脉冲电源的特点后,发现开关对提高电源的性能有很大的影响,接近极限状况下工作的开关器件常常限制了电源的性能。利用新型的半导体功率开关器件RSD(反向开关晶闸管)作为开关,并结合磁脉冲压缩技术构成脉冲激励电源,将能够极大程度地提高TEA CO_2激光器的性能。本文首先从结构和开通原理上对新型半导体功率器件RSD进行了分析,通过比较,说明了它相对于其它开关器件所特有的优势。随后分析了磁开关的工作原理,并分析计算了磁脉冲压缩电路的脉冲压缩系数,而且对其电路进行了模拟仿真。结果表明了磁脉冲压缩后能够极大地提高脉冲峰值和压缩脉冲宽度。在综合比较分析的基础上,提出了一个高性能脉冲激励电源的电路设计方案。根据RSD开关器件的开通特性要求,结合预充电源的特点,设计了脉冲产生电路,并进行了实验验证。...  (本文共60页) 本文目录 | 阅读全文>>