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TEA CO_2激光器注入锁定实验研究

作　者: 梁志强
导　师: 任德明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 注入锁定 TEA CO2激光器 拍频 单纵模
分类号: TN248.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 48次
引　用: 1次
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内容摘要


频率稳定的单纵模TEA CO2激光器是相干探测CO2激光雷达的关键器件。本论文在理论和实验上对种子注入TEA CO2激光器进行了研究。采用频率稳定的种子光注入的方法实现单纵模激光的输出。设计了采用稳频连续激光与脉冲激光的差频信号反馈控制激光器的腔长,实现TEA CO2激光器的频率锁定的方案,进行了初步的实验研究,并对实验结果进行了分析。理论方面,考虑注入场对激光场的影响,对适合于种子注入TEA CO2激光器的场方程进行了讨论,并对由注入式激光器场方程与速率方程耦合得到的注入锁定TEA CO2激光器的数学模型进行了分析。利用该模型,对在不同失谐角和不同注入功率的情况下,TEA CO2激光器增益区反转粒子数和输出光脉冲波形的变化规律进行了研究,并对影响注入成功的若干因素进行了分析。在实验方面,本文主要包括种子光注入实现单纵模输出以及连续光与脉冲光拍频两部分实验。注入实验部分采用从光栅零级注入、一级振荡的方式。对实验获得的单纵模脉冲输出进行了分析,与理论计算得出的结论相符合。考虑了光栅零级衍射脉冲光对拍频光的影响,注入时采用了偏角注入的方法,并对失配、偏角注入及偏轴注入等情况进行了分析。在注入实验获得成功的情况下,进行了偏频锁定的部分实验,部分种子光经声光频移器移频后与输出脉冲激光相拍频,获得了差频信号。根据实验得到的拍频信号,可以作为误差信号,进一步提供给反馈控制系统调节腔长,最终实现注入锁定。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-19
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 单纵模TEA-C0_2 激光器  8-13
    1.2.1 单纵模TEA-C0_2 激光器的特点  8-9
    1.2.2 国外单纵模TEA C0_2 激光器的发展现状  9-12
    1.2.3 国内单纵模C0_2 激光器的研究现状  12-13
  1.3 C0_2 脉冲激光锁频方案简介  13-17
  1.4 脉冲激光器锁频方案及单纵模TEA C0_2 激光技术总结  17-18
  1.5 论文主要内容  18-19
第2章 注入锁定方案概述  19-27
  2.1 注入锁定稳频控制的研究方案  19-21
  2.2 稳频原理  21
  2.3 影响频率稳定度的因素  21-23
  2.4 稳频方法及注入锁定选纵模的原理  23-24
  2.5 拍频介绍  24-26
    2.5.1 激光拍频理论简介  24-26
    2.5.2 激光拍频的必要条件  26
  2.6 本章小结  26-27
第3章 注入锁定TEA-C0_2激光器的理论模型  27-39
  3.1 注入锁定稳频的基本原理  27-28
  3.2 实现锁定的最小注入功率讨论  28-30
  3.3 电磁场和速率方程耦合模型  30-33
    3.3.1 电磁场理论模型  30-31
    3.3.2 速率方程理论  31-33
    3.3.3 场方程与速率方程的耦合  33
  3.4 模型理论计算  33-38
    3.4.1 参数讨论  33-34
    3.4.2 模型计算  34-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章 注入实验研究  39-51
  4.1 光栅  39-41
  4.2 扭摆腔实验  41-43
  4.3 光栅零级反射的脉冲光对拍频信号探测的影响的研究  43-46
    4.3.1 脉冲延时实验  43-45
    4.3.2 偏角注入的调节  45-46
  4.4 模式匹配问题研究  46-48
    4.4.1 模式匹配理论  46-48
    4.4.2 偏轴、偏角情况讨论  48
  4.5 注入实验  48-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章 拍频实验研究  51-61
  5.1 拍频实验设备  51-56
    5.1.1 声光频移器  51-52
    5.1.2 稳频电路  52-53
    5.1.3 稳频电路给出的压电陶瓷控制逻辑讨论  53-54
    5.1.4 压电陶瓷  54-55
    5.1.5 稳频C0_2 激光管  55-56
  5.2 连续光拍频研究  56-57
  5.3 连续光脉冲光拍频实验研究  57-60
    5.3.1 实验装置图  57-58
    5.3.2 拍频实验结果及分析  58-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器 > 气体激光器 > 分子气体激光器
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