半导体泵浦铷蒸气激光器理论研究

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半导体泵浦碱金属蒸气激光器(DiodePumpedAlkalivaporLaser-DPAL)具有量子效率高,光束质量好,热效应小等特点,在航天、军事和工业等领域有广泛的应用前景,是一种具有巨大潜力的新型激光器。对此类激光器的阈值特性和输出特性进行深入的理论研究,具有较大的研究意义和价值。  本文介绍了半导体泵浦碱金属蒸气激光器的发展历史和特点,在深入分析和理解DPAL的激光产生机理及激光器光路设计的基础上,利用三能级速率方程理论,建立物理模型描述单端单程泵浦铷蒸气激光器的激光动力学过程,并结合具体参量,数值求解了铷原子有关能级粒子数密度等微观参量在铷蒸气室内的演化过程,研究了该类激光器的阈值特性和输出特性。理论计算了泵浦光及谐振腔诸参数对DPAL的阈值特性和输出特性的影响。通过上述研究工作,分析和总结了该类激光器的运行规律和参量最佳取值范围,理论计算结果与实验测量值进行了比较,两者符合较好。  本文还利用热传导方程,粗略计算了单端单程泵浦铷蒸气激光器铷蒸气室内的温度分布。结果表明,由于泵浦光功率密度在铷蒸气室长度方向上不断减小,铷蒸气室内的温度分布是不均匀的,并且泵浦光功率的增大会导致温度的整体升高。而高功率条件下,废热问题会影响DPAL的激光输出效率,因此为有效解决废热问题,应考虑流动增益介质进行散热。
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