电光调Q及腔倒空射频激励波导CO激光器

摘要

射频激励技术是近几年来发展起来的一种激光器泵浦技术。与直流放电相比较，射频放电具有激励电压低、效率高、易于快速调制、无阴极溅射、比输出功率高、寿命长、多个波导可共用激励电源、结构紧凑等诸多优点。本文回顾了射频激励波导CO2激光器的发展历史。对激光器所涉及到的气体射频放电激发基本原理、阻抗匹配、波导激光器基本原理、电光调Q以及腔倒空原理进行了分析。　　电光腔倒空与电光调Q相比，可以获得较高的重频和的峰值功率，以及更快的脉冲前沿。电光腔倒空波导CO2激光器的脉冲宽度一般为十几ns宽度(FWHM)，对于采用脉冲前沿测距方式的雷达来说，可以得到较高的探测精度。但对于同时采用外差体制的雷达系统，要取得有效的中频信号，一般要求激光脉冲包络中的外差信号个数达到3～5个以上。因此，当主振激光器的腔倒空激光脉冲宽度太窄时，对于雷达系统的外差信号的处理非常不利。理论和实验上研究了电光腔倒空与调Q脉冲射频波导CO2激光器。对影响射频波导激光器电光腔倒空的激光输出脉冲特性的几个主要参数进行了研究。通过改变加在CdTe电光晶体上高压脉冲的不同上升沿时间，以及在不同布氏窗输出反射率等情况下，对腔倒空的脉冲宽度及脉冲峰值功率的变化特性进行了理论分析。在一台用于主动激光成像雷达光源的准折叠高重频腔倒空射频波导CO2激光器上，采用了输出镜Ⅲ类耦合方式+U型准折叠腔，即仅含单根陶瓷方波导的“输出镜—波导”耦合空间的折叠。在无催化剂的情况下，获得U型腔激光器输出功率3.5W和相同条件下的直线型激光器输出功率4.5W。获得了电光腔倒空与调Q脉冲激光同时输出，并可用调节电光晶体所加电压控制腔倒空与调Q脉冲激光峰值功率，调节电压脉冲宽度可控制腔倒空与调Q激光的脉冲间隔，达到了编程输出的目的。通过改变CdTe电光晶体的工作参数，获得了20ns到30ns(FWHM)可调输出脉宽。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1CO2激光波段的特点

1.2射频激励(RF)波导CO2激光器的特点

1.3本论文的研究主要内容

参考文献

第二章射频激励波导CO2激光器发展和气体放电理论及实验

2.1射频激励波导CO2激光器发展

2.1.1单通道射频波导CO2激光器

2.1.2折叠腔式射频波导CO2激光器

2.1.3列阵式射频波导CO2激光器

2.1.4大面积射频高功率CO2激光器

2.1.5电光调QCO2激光器

2.2射频气体放电及实验

2.2.1 CO2激光器的能级结构及工作原理

2.2.2射频气体放电方式

2.2.3横向射频激励α放电的基本原理

2.2.4射频击穿理论

2.3本章小结

参考文献

第三章射频气体阻抗匹配及波导激光器理论研究

3.1射频气体阻抗匹配和实验研究

3.1.1均匀传输线理论

3.1.2均匀性放电

3.2阻抗匹配

3.2.1射频等离体的匹配网络

3.3波导激光器理论

3.3.1输出光束特性

3.3.2波导谐振腔的耦合损耗

3.4本章小结

参考文献

第四章电光调Q及腔倒空的理论及实验

4.1 CO2激光器的电光调Q研究

4.1.1调Q速率方程建立

4.1.2调Q晶体特性

4.1.3电光调Q实验装置

4.1.4调Q实验结果

4.2电光腔倒空CO2激光器研究

4.2.1电光腔倒空理论分析

4.2.2实验结果

4.3本章小结

参考文献

第五章实验部分

5.1实验总体结构装置

5.2激光头设计

5.3阻抗匹配

5.4输出光能量分布

5.5腔倒空波形

5.6本章小结

5.7结论

参考文献

致谢

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