半导体泵浦的碱金属蒸气激光(Diode pumped alkali vapor lasers-DPALs)是兼有固体激光和气体激光优点的新型激光器件,具有量子效率高、光束质量好和线宽窄等特点。高频脉冲放电激励的SrCl2蒸气激光具有谱线丰富、多种机制、较好的光束质量和热分布均匀等特点。这两类激光在军事、定向能量传输、环境监测、材料处理和医疗等领域有广泛的应用前景,对它们的激光动力学过程和输出特性进行深入的理论和实验研究,具有较大的研究意义和学术价值。本论文扼要介绍了光泵碱金属蒸气激光和卤化锶蒸气激光的发展历史及特点和应用。在深入分析和理解DPAL的实验方案、技术路线和激光机理的基础上阐述了二极管泵浦线宽与碱金属原子D2线吸收线宽的匹配条件,比较分析了LDA线宽外腔压缩的实验方法,建立了一个物理模型完整描述二极管激光抽运Rb蒸气激光的动力力学过程和激光发射机制。结合实验参量,经理论估算和查阅文献,获得了求解模型所需的各种微观碰撞过程的速率系数和辐射跃迁等相关数据,数值求解出Rb原子有关能级粒子数密度和腔内、外光子数密度等微观参量演化过程,激光输出功率和效率与泵浦光、激光腔和缓冲气压等参量的关系,深刻阐明了该类激光的粒子数反转机制和激光发射的物理图象。分别建立了基于DPAL的MOPA系统的物理模型和用于计算Cs原子D1和D2吸收线谱线线型的物理模型。给出了振荡池和放大池中碱金属原子有关能级粒子数密度的速率方程和相关动力学过程的速率系数及光学跃迁参量等,通过求解一定实验条件下的MOPA系统模型,得到了与实验基本一致的模拟结果,进一步计算模拟了蒸气池长度、温度、种子光功率、缓冲气体压强对激光放大功率的影响,得到了一组优化的工作参数。Cs原子吸收谱线线型的物理模型考虑了碱金属原子D1和D2线的超精细结构分裂对光谱线型和吸收截面的影响,计算和分析了谱线中心频率偏移和超精细结构跃迁各组分的谱线线型,以及缓冲气体压强对铯原子D1线和D2线的吸收线宽的影响。在延续前期对碱土金属激光的理论和实验研究的基础上,设计加工了新型的激光放电管,建立了流动式纵向高频脉冲放电激励的He-SrCl2蒸气激光实验装置,并对流动式He-SrCl2激光的工作特性进行了详细的分析和探讨。利用温控仪测得的放电管外保温棉温度作为边界条件,计算分析了激光管的径向温度分布,得到了输出功率随工作温度和SrCl2蒸气压的变化曲线。测量和分析了不同激光输出功率下放电电流脉冲和各个激光脉冲的时间演化行为,以及激光束光斑模式在不同输出功率时的变化。
