毛细管放电类氖氩69.8nm激光增益饱和输出研究

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1、博士学位论文毛细管放电类氖氩69.8nm激光增益饱和输出研究RESEARCHONGAINSATURATIONOUTPUTOFNEON-LIKEARGON69.8NMLASERPUMPEDBYCAPILLARYDISCHARGE刘涛哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O434.1学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学博士学位论文毛细管放电类氖氩69.8nm激光增益饱和输出研究博士研究生：刘涛导师：赵永蓬教授申请学位：工学博士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:O434.1U.D.C:535DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONGAINSATURATIONOUTPUTOFNEON-LIKEARGON69.8NMLASERPUMPEDBYCAPILLARYDISCHARGECandidate：LiuTaoSupervisor：Prof.ZhaoYongpengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAff

3、iliation：Dept.ofOptoelectronicInformationScienceandTechnologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要通过对国内外毛细管放电类氖氩C线69.8nm激光的研究进展的总结和分析，确定了本论文的研究内容主要围绕实现69.8nm激光的增益饱和展开。在理论方面，对69.8nm激光的产生机制进行了深入的研究，建立了对应46.9nm与69.8nm激光的相关能级速率方程，并结合相关

4、能级参数，计算了类氖氩46.9nm和69.8nm激光的相对增益系数与电子密度和电子温度的关系。利用一维磁流体力学程序，计算了Z箍缩过程中等离子体的电子温度、电子密度、类氖氩离子丰度等参数在时间和径向上的变化。获得了产生激光时的等离子体参数与毛细管放电电流和Ar气初始气压之间的关系。根据产生激光时的等离子体参数，计算了毛细管放电主脉冲电流幅值、主脉冲电流上升时间和Ar气初始气压，对69.8nm激光增益系数在等离子体柱径向上分布的影响，为实验上实现69.8nm激光增益饱和奠定了理论基础。实验方面，首先利用35cm长毛细管，开展了主脉冲电流幅值和Ar气初始

5、气压对69.8nm激光强度影响的实验研究，确定了最佳实验条件为主脉冲电流幅值14kA，初始气压16Pa。并对35cm长毛细管放电激发的类氖氩激光进行了增益-1系数测量实验，获得46.9nm激光的增益饱和输出，增益系数0.58cm，增益长度-1积达到19，实现了增益饱和输出。测得69.8nm激光增益系数0.40cm，增益长度积达到13.2，实现了近增益饱和输出。其次，为了实现增益饱和增加了增益介质长度，开展了45cm长毛细管的最佳实验条件实验，确定了主脉冲电流幅值13.5kA，初始气压15.4Pa。在此条件下-1实现了69.8nm激光的增益饱和输出，增

6、益系数0.41cm，增益长度积为17.2。在最佳实验条件下对类氖氩69.8nm激光特性进行了实验研究。测量了69.8nm激光的时间特性和空间分布，与初始气压和等离子体长度的关系。实验发现，69.8nm激光脉冲半高宽随着初始气压的增加先增大后减小，在初始气压15.4Pa时69.8nm激光脉冲半高宽达到最大值1.75ns。还测量了69.8nm激光光强的空间分布与初始气压和等离子体长度的关系。实验结果表明，初始气压的变化会改变激光光强的空间分布形状，而等离子体长度的变化不会改变光强的空间分布形状，仅影响激光光强。并且测得在初始气压15.4Pa时激光束散角形

7、状以单一主峰为主，主峰的半高宽为0.5mrad。最后，为了获得更高的激光光强输出，设计了类氖氩C线69.8nm激光的双程放大实验，利用平面SiC反射镜实现了69.8nm激光的双程放大，与单程放大相-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文比69.8nm激光光强增长了9.15倍，测量了双程放大激光的束散角为3.4mrad，激光脉冲半高宽为2.2ns，实现了85cm长的等效增益长度，对应的增益长度积达到34.9，获得了69.8nm激光的深度增益饱和输出。并且对双程放大与单程放大的激光特性进行了比较，分析了双程放大的束散角和激光脉冲宽度增加主要与增益介质的分布有

8、关。综上，本文根据类氖氩C线69.8nm激光的动力学过程，建立了69.8nm激光增益系数的计算模型，获得了6