用于大气吸收测量的小型电激励连续波DF_HF选线化学激光器
用于TDLAS气体检测的DFB激光器驱动电路设计
现代电子技术Modern Electronics TechniqueJan. 2024Vol. 47 No. 22024年1月15日第47卷第2期0 引 言可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy, TDLAS ）技术具有灵敏度高、通用性强、响应时间短等特点，在大气污染物监测、矿井气体浓度检测等方面取得了广泛应用[1‐4]。
TDLAS 气体检测通常利用含有低频锯齿波和高频正弦波的电流信号对激光器调制，以使出射激光扫描待测气体的吸收谱线，激光被待测气体吸收后光强减弱，从而形成气体吸收峰，吸收峰幅值与气体浓度呈正相关，从而可以反演出待测气体浓度[5‐7]。
DOI ：10.16652/j.issn.1004‐373x.2024.02.017引用格式：徐鹏飞，李炜楠，陈红岩，等.用于TDLAS 气体检测的DFB 激光器驱动电路设计[J].现代电子技术，2024，47（2）：89‐94.用于TDLAS 气体检测的DFB 激光器驱动电路设计徐鹏飞1， 李炜楠1， 陈红岩2， 叶有祥2（1.中国计量大学 机电工程学院， 浙江 杭州 310018； 2.中国计量大学 现代科技学院， 浙江 义乌 322000）摘 要： 分布反馈（DFB ）激光器作为可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS ）技术的常用光源之一，在实际应用中应当同时对驱动电流和温度进行控制，以减小出光质量对气体浓度检测结果的影响。
为了解决上述问题，文中设计一种高精度激光器驱动电路。
由STM32F103RCT6控制AD9834和DAC8560分别产生正弦波和锯齿波信号，对两个信号输入至OP27GS 构成的信号叠加电路进行叠加后，输出至由OP27GS 、AD8065和IRF520场效应管组成的具有限流功能的压控恒流源电路，将电压信号转变为激光器的驱动电流；同时采用MAX1978温控芯片对激光器进行温度控制。
用于HF激光器的气体火花开关特性研究
ｈ ｏｔ ｅ ｉ Ｖ Ｔｈ ｅ ｅｏ ｄ ｓ ｒ ａ ｗｉｃ ａ ａ ｗｉ ｅ ｗｏ ｋ ｎ ａ ｅ ｏ ｐ ｏ ｉ ｔｌ ％ ～６０％ ． ｉ ｇ ｔ ｅ ｖ ｌ ｇ ｓ４５ ｋ ． ｅ ｄ ｖ ｌｐｅ ｐａｋ ｇ ｐ ｓ ｔ ｈ ｈ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｄ ｒ ｉ ｇ ｒ ｇ ｆａ ｐｒｘ ｍａｅｙ ５５ ａ ｓ ｎ Ｕｓｎ ｔ ｅ ｅｏ ｅ ｓ ｒ ｇ ｐ ｓ ｔ ｈ，ｔａ ｙ ｏ ｅ ａｉ ｆＨＦ ａ ｅ ａ ｅ ｅ ｌｚ ｄ． ｈｅ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｐａｋ ａ ｗｉｃ ｓｅ ｄ ｐ ｒｔｎｇ ｏ ｌ ｒｈ ｓｂｅ ｎ ｒ ａｉｅ ｓ
用于放 电激励脉 ） 中ＨＦ激光器 ， 现 了激光器 稳定运 行 。 实
关 键词 ： 气体 火花 开 关 ； 自击穿 ； 发 ； 触 开关 时延 ； 开关抖 动
中图分 类号 ：Ｎ ４ ； Ｍ ３ Ｔ ２３ Ｔ ８ ６ 文献标 识码 ： Ａ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｓｏ ｐ ｒ ａ ｗｉｃ ｏ ｔ ｄ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｆｓ ａ ｋ ｇ ｐ ｓ ｔ ｈ ｆ ｒ ＨＦ ａ ｅ ｃ ｌｓ ｒ
Ｔ ＡＮＧ ｎ ， — ｉ ｇ ， Ｙｉ ｇ ＹＩＡｉｐ ｎ ＺＨＵ ｅ ｇ ＨＵＡＮＧ ， Ｆ ｎ ， Ｋｅ ＹＵ 。 Ｌｉ
Ｑ Ａ ｎ Ｆ ｕ１ ｎ Ｉ Ｎ Ｈａｇ ，Ｕ Ｒ ．ａ ｉ
HFDF激光传输的大气衰减特性
第15卷 第1期强激光与粒子束Vol.15,No.1 2003年1月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Jan.,2003 文章编号: 100124322(2003)0120017204HF/DF 激光传输的大气衰减特性Ξ曹百灵, 邬承就, 饶瑞中, 魏合理, 袁怿谦, 龚知本(中国科学院安徽光学精密机械研究所,国家863计划大气光学重点实验室,安徽合肥,230031) 摘 要: 大气中的水汽对DF 激光主要强线的吸收相对较小,而HF 激光的大多数谱线受水汽和CO 2分子等的吸收较大。
利用较新的HITRAN96数据库和我国不同地区的气象资料,采用逐线积分法计算了HF/DF 激光的大气衰减情况。
所选的谱线中,在合肥地区(年平均),HF 的水汽吸收系数最大值可达到10km -1的数量级,二氧化碳吸收系数最大可达10-4～10-3km -1量级,P 2(8)线吸收最弱;DF 激光水汽吸收系数最大值可达到10-1km -1,比HF 低2个量级,且随高度衰减很快,10km 处就到10-5～10-4km -1量级,P 2(8)线吸收最弱。
在我国,由南向北,由夏季到冬季,水汽浓度减少,大气对HF/DF 激光的吸收率也相应地递减。
关键词: HF/DF 激光; 激光大气传输; 吸收系数; 吸收率 中图分类号: O433.1 文献标识码: A HF/DF 激光的出现和研究开始于60年代,在化学激光的研究领域中占有极为重要的地位,后来逐渐发展成重要的高功率化学激光器。
已有许多工作者对HF/DF 激光各谱线的大气气体分子吸收及衰减情况作了理论计算[1～4]和实验测量[4～6],但这些理论计算大都是在模式大气[3]条件下。
我们利用国内一些地区的气象资料,对HF/DF 激光一些主要谱线的大气吸收和衰减情况作了计算,进行了比较和分析。
1 HF/DF 激光的光谱分布 HF/DF 化学激光器属于双原子分子振动跃迁激光器。
电激励中红外氟化氢激光器应用需求
电激励中红外氟化氢激光器应用需求
红外氟化氢激光器具有较高的输出功率和较窄的光谱线宽，在许多领域有着广泛的应用需求。
以下是一些常见的应用需求：
1. 遥感与环境监测：红外氟化氢激光器可以用于大气污染检测、空气质量监测以及气象探测等领域。
其较窄的光谱线宽和高输出功率使其在探测和测量大气成分、气体浓度等方面具有优势。
2. 工业制造与检测：红外氟化氢激光器可用于材料加工、焊接、切割和表面处理等领域。
其高功率和较长的作用距离使其在工业生产中具备高效、精确的加工能力。
同时，它也可以在质检领域用于检测缺陷、材料分析等。
3. 医疗与生物科学：红外氟化氢激光器在医学领域有广泛的应用，例如激光治疗、激光手术和医学成像等。
其具有较强的穿透性，可以用于深层组织治疗和显影。
4. 近红外成像与通信：红外氟化氢激光器在近红外成像和通信领域也具有重要应用。
近红外光的穿透能力强，可以应用于显影和成像，同时在光通信领域也具有数据传输速率高、抗干扰能力强等特点。
需要注意的是，具体应用中的技术细节和要求可能因不同的任务而有所不同，建议根据具体需求进行进一步的研究和咨询。
直排型DF／HF化学激光器双喷管模型启动特性
型实验装 置 ， 装置 的结 构及其工作 原理 与气体 动力学 领域的超声 速引射 器 ４ 为相 似 ， 该 ３］ 较 与一般 工作 在亚一 趟 引射方式 下的引射 器 不 同， 实验装 置 的被 引射 气流 为 超声 速 ， 该 即超一 引射 方式 。对 于这 种 引射 方式 ，ｆ 超 ［ ： ＿ ｌ 内外 的公开报 道都很 少 ， 两篇文献 ［ —］ 出 自美 国伊 利诺斯 大学 ， 们 所 采用 的结 构 和用途 与本 文实验 装 有 ７８ 均 他 置有 一定差 异 ， 研究 重点是 引射气 流与被 引射气 流的气 动参 量和 马赫 数对 引射 器压 力恢 复性 能 的影 响 。本 文
中 图分 类 号 ： Ｔ ４ ． ； Ｖ２ １ ７ Ｎ２ ８ ５ １ ． 文献 标 志 码 ： Ａ
直排型连 续波 Ｄ ／ Ｆ ＨＦ化学激 光器［ ］ Ｄ Ｃ ） 希望通过 基 区引 射的方式 ， １ （Ｄ Ｌ 是 在较小 的体积 内 ， 同时实 现光 腔内低温 、 压 的激 射环境 和较高 的恢 复 压力 （ 为 ０ １ＭＰ ） 这 种 Ｄ Ｃ 低 约 ． ａ ， Ｄ Ｉ 激光 器 以其较 小 的体 积 和特 有 的 波长优 势（ ～５肚 ， ２ ｍ） 在激 光红外 对抗 等 领 域有 着 重要 的应 用价 值 。文献 ［ ］ Ｄ Ｃ ２ 以 Ｄ Ｌ单喷 管 模 型 为实 验装
置 ， 究了工作介质 气动参 量（ 研 比热 容 比 、 相对分 子质量 ） 对模 型启 动特 性 和扩压 器喉 道最 小面 积 的影 响 ， 并分 析 了基 区对模 型启动特性 的影 响 。为 了进 一步研 究 ＤＤ ＣＩ的启动 特性 ， 文建立 了 Ｄ Ｉ气 流 通道 双喷 管小 本 ＤＣ
压 的副气流 。 拟 光 腔 内 形 成 有 效 激 射 的 环 境 ； 于 副 气 流 的 压 力 很 低 ． 靠 扩 压 器 无 法 使 压 力 恢 复 刮 模 由 单 ０ １ＭＰ ， 以在副气 流两侧引 入引射气 流 （ ． ａ 所 由引射气 流喷管 产生 ） 以提 高恢 复压力 ： 副气 流与 引射气 流 在混台 腔混合 后 ， 经扩 压器减速 ． 使恢 复压力达 到约 ０ １ＭＰ ， 而排入 周 围大 气 。引 射气流喷 管 以供气 装嚣作 为气 ． ａ 从
电激励重复频率非链式HF激光器
中 图分 类 号 ： Ｎ２ ８ ５ Ｔ ４ ．
Ｅｌ ｃ ｒ ｃ ｌｙ ｉ ｔａ ｅ ｅ ｅ ｉｉ ｅ。 ｕ ｓ ｄ ｎ ｎ 。ｈ ｉ ｅ ｔ ｉ ａ ｌ ｎｉｉ ｔ ｄ ｒ ｐ ｔｔｖ 。 ｌｅ ｏ 。 ａ ｎ ＨＦ ａ ｅ ｓ ｐ ｃ ｌｓ ｒ
第１卷 ９
第 ２期
光 学 精 密 工 程
Ｏ ｐ ｉｓ ａ ｄ Ｐｒ ｃｓｏｎ Ｅｎｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｔｃ ｎ ｅ ｉｉ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ２ Ｉ１ ．
Ｆｅ ２Ｏ ｂ． １１
２１ 年 ２ ０１ 月
文章 编 号 １ ０ — ２ Ｘ（ ０ １ ０ —３ ００ ０ ４９ ４ ２ １ ） ２ ０ ６ — ７
ｓ ｕ ｉ ｄ ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ．Ｔｈ — ａ ｉ ｔａ ｅ ＨＦ ａ ｅ ｈａ ａ ｔ ｒｚ ｄ ｂｙ ａ ｌ— ｏ ｉ — ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｗａ ｔ ｄｅ ｅ ｐ ｃｉｅｙ ｅ ｅ ｂｅ ｍ ｎｉｉｔ ｄ ｌ ｓ ｒ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｅ ｎ ａ ｌｓ ｌｄ ｓ ａ ｅ ｇ ｎｅ ａ ｏ ｓ ｄｅ ｅ ｏ ｄ． Ａ ａ ｇ ｒ ａ ｒ ｐｅ ｉｉ ｅ ｕｎ ｆ ｍ — ｅ ｍ ｓｏ ａ ｎ ｄ ａ ｄ ｔ ｒ ｄ ｙ ｃ ｐ ｗａ ｅ ｏ ｄ ａ — ｖ ｌ ｐｅ ｌ ｒ ｅ ａ ｅ ｅ ｔｔｖ ｉｏｒ ｅ ｂ ａ ｗａ ｂｔ ｉ ｅ ｎ ｈｅ Ｆａ ａ ａ ｕ ｓｕｓ ｄ ｔ ｉ ｇ ｎｏ ｅ ｔ ｅ ｕｎ ｆ ｒ ｉｙ ｏ － ａ ｉ ｏ ｔ ａ ｅ ｓ ｃ ｌ．Ｔｈ ｕ ｐｕ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏ ｈｅｌ ｓ ｒｗｅ ｅｓ ｕ － ｓ ｈ ｉｏ ｍ ｔ ｆｅ ｂｅ ｍ ｎｔ ｈｅ ｌｓ ｒｇａ ｅ １ ｅ ｏ ｔ ｔｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｔ ａ ｅ ｒ ｔ ｄ
激光吸收光谱气体检测中谱线的自动筛选
总第190期2020年第6期山西化工SHANXI CHEMICAL INDUSTRYTotal190No.6,2020堂桩导测述用DOI：10.16525/l4-1109/tq.2020.06.07激光吸收光谱气体检测中谱线的自动筛选李梅秀1,邵欣八，王芳1,付作伟3(1.内蒙古阿拉善生态环境监测站，内蒙古阿拉善盟750306；2.天津中德应用技术大学智能制造学院，天津300350；3.中创精仪(天津)科技有限公司，天津300301)摘要：激光吸收光谱(LAS)技术进行气体检测具有高选择性、高灵敏度、快速响应、可多组分多参量同时非接触测量等优势，被广泛用于环境监测、污染排放检测、工业过程控制等领域。
在应用LAS技术进行气体检测时，首要工作就是选择合适的目标谱线。
目前对谱线的筛选都是基于人工观察完成，费时费力，效率低下。
设计了一款自动化谱线筛选软件，对于给定波段范围，基于LAS检测原理和谱线筛选原贝9,结合测量的环境条件对HITRAN光谱数据库中的相关谱线数据进行分析，根据吸光度和谱线的线宽等对灵敏度和谱线干扰进行判断，最终输出筛选的目标谱线或测温谱线对。
该方法大大提高了谱线的筛选效率，可用于LAS气体检测之前目标谱线的自动化筛选，对于气体的浓度检测和温度测量具有重要意义。
关键词：激光吸收光谱，HITRAN光谱数据库，谱线筛选，气体检测中图分类号.0657.38文献标识码:A文章编号:1004-7050(2020)06-0018-05引言环境问题是21世纪全球共同关注的重点问题之一，环境监测技术和环境保护工作愈发受到重视。
我国的污染现状不容小视，大量的环境监测站应运而生，旨在对大气环境等的实时监测，及时掌握事故及污染发生和发展实况，尽一切可能减轻污染带来的危害，这对污染控制、环境保护以及安全生产都有非常重要的意义。
激光吸收光谱(LAS)技术是一种先进的检测技术，其灵敏度高、实时性好(可达毫秒量级)，可以做到多组分、多参量的同时测量，并且在动态快速的同时兼具高选择性皿。
电激励连续波HF／DF选线化学激光器光轴的选择
ＨＦ Ｄ ／ Ｆ激 射为 例 ， 可能 适 用 于整个 连续 波 卤化 氢 （ 化 学 激 光 器 的通 用技 术进 行 研究 ， 为 其 它 波段 卤化 对 氘） 可 氢（ ） 氘 化学激 光 的研究 提供 参考 。 目前 ， 在一 单放 电管 、 ０Ｃ 增 益 区宽 度 的器 件上 ， 们 已经 实 现 了连 续 波 ｌ Ｎ 我
１ 实验 装 置
实验 用 的激 光 器与文 献 ［ —］ ４７ 的类 似 ， 主体如 图 １所 其 示 ， 体描 述见 文献 ［ ］ 具 １ 。为 了精 确控 制 流 量 ， 用 七 星华 采
创 质量 流量控 制器 。电源采 用扬 州 双鸿 ｌ Ｖ／ ｏ ０ｋ ８ ｏｍＡ 高
压直 流数 显 电源 。
图 １ 实验 用 激 光 器 主体 图示
波长 ， 大量 程 ２Ｗ 的量 热型 功率 计监 测激射 功率 。之 所 以没 有采 用 文献 ［ — ］ 最 ５６ 中采用 的一 级振 荡 、 级输 出 零 的色散 腔结构 ， 因为在这 种 结构 中为 了保证 输 出光束 的方 向在 光 栅 的旋 转 过程 中保持 不变 ， 须加 一 面全反 是 必 镜 并 与光栅 形成 角反 射镜 结构 ， 由此使 得光 栅调节 架设 计 和实 际运 转不 便 。
在 实验 中 ， 将一 面光 腔 镜 架换 成专 门设 计 的光 栅 调节 架， 此调 节架能 实现 光栅 的多维 调节 和锁定 ， 确保光 栅 的 并 调 准和精 细转 动 扫 描 。将 一 面 ４ ０ ｌ ｅ／ ｍ 的高 质 量 闪 ２ ｉ ｓｒ ｎ ａ
耀光 栅 与一个 曲率半 径 为 １ｍ， ． ｍ 附近耦 合输 出率 为 ２７
ｌ 的腔镜 组 合 形 成 自准 直 结 构 的色 散 腔 ， 长 ３ Ｎ。 ５／ ９ ６ 腔 ５Ｃ 采 用标 定过 的天 津 港 东 ｗ Ｇ ） Ｂ型光 栅 光 谱 仪 监 测 激 射 Ｉ４ ＿
基于TDLAS技术的工业环境中HF气体在线监测
２．１ 实验装置 ＴＤＬＡＳ测量痕量气体浓度是基于分子近红外“指纹区”特 定吸收线的探测，实时系统如图１所示。激光器电源采用自主
＊ Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｚｒ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ 收稿日期：２０１１－０４－０２ 修订日期：２０１１－０７－０６ 基金项目：国家“８６３”计划资助项目（２００７ＡＡ０６Ｚ４２０）
第１１期 张志荣等：基于 ＴＤＬＡＳ技术的工业环境中 ＨＦ气体在线监测
段之一，是噪声分析工具，正是通过分析噪声在系统中的贡献 来评估检测系统稳定性的。如图６所示，Ａｌｌａｎ方差的线性降 低部分主要是由白噪声引起的，其 Ａｌｌａｎ值与标准方差值相 当；非线性提升部分主要是由于激光器的１／ｆ 噪声引起。从图 可以分析得到最佳平均次数约为ｎ＝１２次。系统的主要影响 来自激光器的１／ｆ 噪声和白噪声，在一定的平均之后白噪声的 影响几乎完全消除。相对于１／ｆ 噪声可以通过分型小波变换 的方差与尺度变化的关系等一系列变换或者低频频谱分析进 行消除。因此，可以针对不同的监测系统与监测环境，采用 Ａｌ－ ｌａｎ方差分析得到不同的优化参数。 外界环境因素会对浓度测量结果造成影响。为了消除影 响，除了选择恰当的非线性最小二乘法和设置最佳平均次数以 外，同时对浓度采用防脉冲滑动滤波法消除影响 。由图６（ａ）
将 式 （３）改 写 为
ＣＭｅａ ＝ａＩ０２ＣＲｅｆＬ０２／Ｉ０１Ｌ０１
ห้องสมุดไป่ตู้（４）
· １６９２ ·
根据图１，采用密封的多次反射池对 ＨＦ气体进行测量和 系统标定。需要特别 说明 的是，由 于 ＨＦ 具有强腐蚀性和剧 毒，专门设计加工了耐 ＨＦ 腐蚀的总光学长度为１７．５ｍ 的多 次反射池，所有密封线圈均采用氟橡胶加工而成，而且实验时 需配戴防毒面罩和在通风良好的开放环境条件下进行。ＤＦＢ 激光器输出光经过多次反射池吸收和探测器及前置放大处理 之后的直接吸收信号、一次谐波信号和二次谐波信号如图３所 示，和 ＨＩＴＲＡＮ 数据库比对，存在水汽的较弱影响。在一般情 况下，根据谐波信号极值计算浓度是没有任何影响的。但是当 水汽信号高于 ＨＦ 吸收信号时，就不能单独依据峰值计算浓 度，此时可以选用通过锁定吸收线旁边的水汽中心吸收波长方 法，找到 ＨＦ的中心吸收位置，两者结合以便于准确的提取谐 波信号与浓度的计算。当采用二次谐波信号计算浓度值时，由 于光程不同、光强起伏和环境粉尘等的影响会对谐波信号的强 度造成较大影响，采用探测器输出的锯齿波信号经过滤波、光 强提取等手段消除波动的影响。图４所示为光强提取的基本 原理图，信号经过前置放大器后由射随器处理分为两路，一路 经过滤波、前置放大、信号平均等进入计算机采集；另一路信号 送入数控模块进行解调得到谐波信号，送入计算机采集，最终 两路信号由计算机处理消除光强起伏的波动影响。为了验证 光强提取电路的可靠性，通过变化入射激光的强度进行实验验 证。验证结果如图５所示，（ａ）为测量一定浓度的二次谐波信 号强度和通过电路提取的锯齿光强强度的变化，两者的变化趋 势基本保持一致；其相关度拟合如（ｂ）所示，Ｒ＝０．９８２，两者间 呈现出了很好的相关性。 为了选择 系 统 参 数，在 实 验 室 对 密 封 式 多 次 反 射 池 中 的 ３０×１０－９的 ＨＦ和 Ｎ２ 混合气体浓度连续监测，其结果未经处 理，得到的数据采用 Ａｌｌａｎ方差分析系统的性能和最佳平均次 数等信息。Ａｌｌａｎ方差是检测系统稳定性的简单且最有效的手
连续波DF化学激光器光斑上下游光谱测量
和增益 介质 粒 子 数 分 布 直 接 相关 。则 输 出光 谱 所 经 历 增 益
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｏ ｓ ｃ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｔ ｈ ｓ ｉ ｎ ｕ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎａ ｔ ｏ ｒ
第 ２ ５卷第 ３期 ２ ０ １ ３年 ３月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ Ｉ ＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
ＶｏＩ ＿ ２ ５，ＮＯ． ３
Ｍａ ｒ ．，２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ５ ４ ４ — ０ ５
目前燃 烧驱 动连 续波化 学激 光器 是强 激光领 域应 用 中的主 角１ ］ ］ 。为实现 不 同输 出性 能 和应用 目的 ， 化 学
激 光器设 计参 数不 尽相 同 ， 从 而增益 介 质 尺寸 和 输 出激 光光 斑 形 状存 在 差 异 。Ｄ Ｆ化 学激 光 器 通 过 高速 流 动 的气 体增 益介 质提 取激光 Ｊ ， 定 义增 益介质 流动 方 向为下 游方 向 。输 出光 斑 对应 增 益介 质 上 游部 分 称 为光 斑 上游 ， 对 应增 益介 质下游 部分 称为光 斑 下游 。随着 光束变 换和控 制研 究深 入需要 考 虑光斑 上下 游光谱 差 异性 ； 项 目组 对非 稳腔 Ｄ Ｆ化 学激 光器 光斑 上下游 光谱 差异 性 讨论 尚存 在 分歧 ： 一 部 分研 究 人 员认 为 光谱 混 叠 可 能 导 致激 光器 发射 光谱差 异性 不大 ； 也有 研究人 员认 为流 场参 数 的剧 烈 变化 可 能导致 激 光 器上 下 游 光谱 存 在较 大 差异 。国外 从 ＨＦ ／ Ｄ Ｆ激 光 器研 制 伊 始 一 直进 行 ＨＦ ／ Ｄ Ｆ激 光 器 光 谱 透过 率 、 荧光光谱、 精 细 光谱 等 的测 量 。 ， 但 鲜见 高功 率 Ｄ Ｆ激 光器上 下游 光谱对 比测 量报 道 。受早期 中红 外波段 光谱 仪性 能 限制 ， 国 内主要 进行 Ｄ Ｆ激 光器 光谱 成分测 量 ， 尚未 实现高 功率 Ｄ Ｆ化学激 光 器 光斑 上 下游 光 谱 测量 ， 对连续波 Ｄ Ｆ化学 激 光 器 光斑 上 下游光谱 差 异进行 测量 分析 具有现 实意 义 。本 文使 用傅 里叶光谱仪 测量 了一 台高功 率 Ｄ Ｆ激光 器 光 斑上 下游光 谱 ， 并利 用光斑 上下 游实测 光谱 对光 腔温度 和相 对粒 子数 范 围进行 了初步估 算 。
激光照明
红外激光照明：顾名思义就是采用红外波长的激光器作为光源，通过一定的光学变换而达到的一种照明效果。
一、原理简介:在自然光照明被动成像测量条件下，由于各种背景辐射的影响，限制了成像系统对远距离目标成像测量和精确跟踪能力。
采用激光主动照明的方式，对远、小、暗目标或其局部进行照明，可以减小背景辐射的影响，提高系统对远距离、小、暗目标的精确跟踪和高质量成像测量能力。
激光主动照明监视系统的工作原理与激光雷达基本相同。
通过调节发射激光束的聚焦状态（发散角），将目标全部或目标的关键特征部位照亮，满足接收系统探测要求，实现对目标的成像和精确跟踪的目的。
照明发射激光和回波信号在大气路径中传输，大气背景辐射、透过率、散射和吸收以及湍流等因素都将对主动照明成像产生影响。
红外激光照明是目前安防领域的新技术，尤其在长距离目标和精确跟踪领域具有独特的优势，是其他照明方式无法达到的。
目前，由深圳市量子通科技有限公司自主研发的红外激光照明器，就是采用光源自动或手动变焦、光强整形均匀化等红外激光夜视技术，通过将高功率半导体激光器和特有技术的光学系统结合，能够达到最高效率的光输出，同时具有优质的光斑，使照明范围内，光强分布均匀，有利于监控摄像头成优质的图象，可以很好地克服因为光强分布不均匀导致的成像忽明忽暗或者导致摄像头的饱和，无法实现监控。
该产品采用了多项独有关键技术，外壳进行加固密封处理，可广泛应用于需要在夜间、恶劣环境、远距离、大范围实时监控的场合。
同时由于采用了全球最好的激光二极管，所以同时这种红外激光器具有高可靠性，高稳定性以及寿命长的优点。
该产品配合红外摄像机、黑白CCD摄像机或微光夜视设备使用，组成夜视监测系统，用于全天候条件下、特别是夜间的远距离连续监视摄像，以便在全黑无光的条件下也能获得清晰准确的监控画面。
代替传统的红外灯，成为更加优良的夜视仪器红外照明装置。
二．产品特点：◆智能化同步变焦，与镜头变倍达到同步，操作简单，使用方便。
非链式电激励脉冲HF激光器
Ａ ｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｄ ｓｇ ａ ｄ ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ｏ ｎ ｎ－ｈ ｉ ｔａ ｓ ｅ ｓ ｅ ｃｔｄ ＨＦ ａ ｅ ｔ ＵＶ ｒ ｓｒ ｃ ： ｅ ｅ ｉｎ ｎ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｆ ａ ｏ ｃ ａｎ ｒ ｎ ｖ ｒｅ ｘ ｉｅ ｌ ｓｒ ｗｉ ｈ ｐ ｅ。
ｉｎｚ ｔ ｎ ｗａ ｅ ｃｉｅ ． ｌｃｒ ｉｃ ａｇ ｈ ａｔｒ ｔ ｓｏ ａ ｘｕｅ ｆＳ Ｊ ２ ｒ ｎ ｅｔ ａｅ ｏ ｏ ｉａ ｏ ｓｄ ｓｒ ｄ Ｅ ｅ ｔｃｄｓｈ ｒｅ ｃ ａ ｃｅ ｓｉ ｆｇ ｓｍｉｔｒｓｏ Ｆ Ｃ Ｈ６ ｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ｗｅｅｉｖ ｓ ｇ ｔｄ ｆｒ ｉ
ＨＵＡＮＧ ，ＴＡ ＮＧ ｎ Ｋｅ Ｙｉｇ，ＹＩ Ａｉｐ ｎ ，ＹＵ ，Ｍ Ａ ａ ｙｎ —ｉ ｇ Ｌｉ Ｌｉ ｎ— ｉｇ，ＺＨＵ ｎ Ｆｅ ｇ，Ｊ ｎ—ｅ ｇ， ＩＹｕ ｆ ｎ
ＨＵＡＮＧ ｎ，ＹＥ Ｘｉ ｓ ｅ ｇ Ｘｉ — ｈ ｎ ，ＬＩ Ｊ ｎ ｒ Ｕ ｉ ｇ—ｕ
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ８ ５ Ｎ ４ ． 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ２ ６ ２ １ ） ６ ０ ６ ０ ０ ７ ２ ７ （０ ０ ０ —１ ２ — ４
Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｎ ｎ－ｈ ｉ ｉｃ ａ ｇ － ｕ ｐ ｄ ｐｕ ｓ ａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ｏ ｏ ｃ ａ ｎ ｄ ｓ ｈ ｒ ｅ ｐ ｍ ｅ ｌｅ ＨＦ ａ ｅ ｌｓ ｒ
（ ｔｔ Ｋｅ ａ ｏａｏｙ ｏ ａｅ ｎｅａ ｔ ｎ ｗｉ ｔ ｒ Ｎｏ ｈ ｓ Ｉｓ ｔｔ ｏ ｃｅ ｒＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ’ｎ １ ０ ４ Ｃ ｉａ Ｓ ａ ｙ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｆＬ ｓｒＩｔｒｃｉ ｔ Ｍａｔ ， ￣ ｗｅｔ ｎ ｔ ｕｅ ｆＮｕ ｌ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｘｉ ａ ７ ０ ２ ， ｈｎ ） ｅ ｏ ｈ ｅ ｉ ａ
第1章-典型激光器简介-续分解
• 平坦的EF段。该区域的特点是电流增加,但管压降几乎保 持不变,放电管内出现明暗相间的辉光,称之为正常辉光放 电。辉光放电阶段,由于二次发射的电子随电场的增加而迅 速增加,故当放电管端电压略有增加时,放电电流就增大很 多。辉光放电的电流范围一般在10-4～10-1 A之间
染料激光器主要应用于科学研究、医学等领域,如激光光 谱学、光化学、同位素分离、光生物学等方面。
1966年,世界上第一台染料激光器——由红宝石激光器泵 浦的氯铝钛花青染料激光器问世。
4）半导体激光器
半导体激光器也称为半导体激光二极管，或简称激光二极管 (LaserDiod，缩写LD)。由于半导体材料本身物质结构的特 异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性，使半导体 激光器的工作特性有其特殊性。
• 分子激光器中产生激光作用的是未电离的气体分子,激光跃迁 发生在气体分子不同的振-转能级之间。采用的气体主要有 CO2、CO、N2、O2、N2O、H2O、H2 等分子气体。分子激光 器的典型代表是CO2 激光器。
• 准分子激光器。所谓准分子,是一种在基态离解为原子而在激 发态暂时结合成分子(寿命很短)的不稳定缔合物,激光跃迁产 生于其束缚态和自由态之间。采用的准分子气体主要有XeF* 、KrF* 、ArF* 、XeCl* 、XeBr* 等。其典型代表为XeF* 准 分子激光器。
• 半导体激光器广泛应用于光纤通信、光存储、光信息处 理、科研、医疗等领域,如激光光盘、激光高速印刷、全 息照相、办公自动化、激光准直及激光医疗等方面。
• 1962年,世界上第一台半导体激光器———GaAs激光器 问世。
5）化学激光器 化学激光器是通过化学反应实现粒子数反转从而产生受激光 辐射的。工作物质可以是气体或液体,但目前主要是气体,如 氟化氢(HF)、氟化氚(DF)、氧碘(COIL)等。
环境照度对微光夜视仪器的影响
第33卷 第4期 激光与红外Vol.33,No.4 2003年8月 LASER & INFRARED August,2003・讨论与交流・ 文章编号:100125078(2003)0420313203环境照度对微光夜视仪器的影响苏美开1,高稚允1,亢俊健2(11北京理工大学光电工程系,北京100081;21中国矿业大学机电工程系,北京100083)摘 要:文中计算了微光夜视仪的最佳工作照度范围为10-2～11x;以一代微光夜视仪为例,估算了强光照度下对寿命的影响。
关键词:微光夜视仪;最佳工作照度;强光中图分类号:TN233 文献标识码:AThe Infection of Surroundings Illuminate onLow2light2level Night2vision DeviceSU Mei2kai1,G AO Zhi2yun1,KAN G J un2jian2(11Department of Opto2electronic Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China;21China University of Mining&Technology,Beijing100083,China)Abstract:The best range of running illuminate of low2light2level night2vision device are calculated that is10-2～11x.The first generation low2light2level night2vision device as example,the infection on life of them under strongilluminate are estimated.K ey w ords:Low2light2level night2vision device;the best range of running illuminate;strong illuminate1 引 言人们在研究微光夜视仪器时通常考虑如何提高它的视距离[1～2],却很少考虑强光对它的干扰,即使考虑也仅仅定性地讨论一下[3～4]。
HF／DF化学激光器的研究进展
Ｇ Ｏ Ｒ － ａ Ｓ ｏ ｇ， Ｕ ｕ ｈ ｉ ＨＩ ｎ ＷＡＮ ｉｗ ｎ， Ｕ Ｃ ｉ ｔ ｇ ， Ｌ Ｇ Ｓ－ ｅ Ｗ ｕ— ｉ ￣ ｎ
（ Ｃ ａｇｈ ｎ ｎｔｕ １ ｈ ｎｃｕ ｓ ｔ ｅ ｆ＠ ｔｓ Ｆ ｅ ｃ ａｉ ｎ ｈｓ ｓ Ｃ ｉ ｓ ｃｄｍ ｃ ｎｅ， ． Ｉ ｉｔｏ ｉ ， ｉ ｈｎ ｓ ｄＰｙｉ ， ｈｎ ｅ ａｅ ｙｏ ｉ ｃｓ ｃ ｎ Ｍｅ ｃ ａ ｃ ｅ Ａ ｆＳ ｅ
ＣＨ４ Ｎ ｊ＋ ＋ ２Ｎ ＋ ＋ Ｆ ２ ＋ Ｆ一 Ｆ Ｆ ＋ ２ＨＦ Ｃ ４ ＿
器 、钕玻璃激光器、掺钕钇铝石榴石激光器等） 、半
导体激光器 （ 如砷化镓激光器 、锑化铟激光器 、硫
化锌激光器等） 、染料激光器 （ Ｎ ：Ａ 如 ｄ Ｇ染料激光 Ｙ
这样 ．通过喷嘴进入光腔的混合气体主要有 ６种化
ｃ ｓｅ ． ｕ ｓｄ
Ｋ ｙ ｒｓ ｃ ｅ ｃ ｓｒ； ｏ ｔ ｕ ｕ ａ ｅＨＦＤＦｌｓｒ； ｏ － ｈ ｉ； ｕｓｄＨＦＤＦｌｓｒ ｅ ｗｏ ｄ ： ｈ ｍｉａ ｌ ｅｓ ｃ ｎｉ ｏ ｓｗ ｖ ／ ｅｓ ｎ ｎ ｃａｎ ｐ ｌ ／ ｔＳ ｌ ａ ｎ ａ ｅ ｇｓ
１ 引
Ａｂ ｔ ｃ： ／ ｓｒ ａ ｅ ｎｄａ ｎ ｇｅ ｔ ｔ ｎｉｎｂ ｎ ｅｅ ｒｈ ｒ ｒ ｔ ｐ ｔｎｉｌ ｐ ｌ ａｉｎ ｓｍｉ－ｎ ｓｒ ｔ ＨＦＤＦｌ ｅｓｈ ｓ ｅ ｒｗ ｒａ ｔ ｔ ｙｍａ ｙｒｓａｃ ｅｓ ｏ ｓ ｏｅ ｔ ｐｉ ｔ ｓａ ｄ ｉ－ ａ ａ ｂ ａｅ ｏ ｆ ｉ ａａ ｃ ｏ
中图分类号 ： Ｎ ４ ． Ｔ ２８ ２ 文献标识码 ：Ａ
ＤＯＩ １ ．７ ８０ＭＥ ０ ０ ７ ３０ ３ ： ０３ ８ ／ ｌ １ ２ ０ ．０ ０ ２
Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔＲｅ ｉｗ ｆ ／ ｅ ｃ ｌ ａ ｅ ｓ ｖ ｌｐ ｎ ｖｅ ｏ ＤＦ Ｃｈ ｍｉａ ｓ ｒ ＨＦ Ｌ
重复频率放电引发的脉冲HFDF激光器
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月V bl．36Sup pl em ent IIlf删aIld k峙e r Engi n∞血g J un．20(}7重复频率放电引发的脉冲H F(D F)激光器柯常军，张阔海，孙科，谭荣清，吴谨，王东蕾(中国科学院电子学研究所，北京100080)摘要：研制了一台重复频率放电引发的脉冲耶(D F)激光器，采用了横向放电、横向流动和侧面滑闪预电离结构，该激光器的有效增益体积为80cm也．5cm×2cm，最大输出激光脉冲能量1．6(1．2)J，重复频率1～3H z，采用特种碱性分子筛吸附剂对化学反应生成物进行吸收，激光器在准封离状态下以重复频率2H z运转，103个脉冲后激光脉冲能量仅有20％的下降。
关键词：激光器；脉冲H F／D F激光器；重复频率放电；碱性分子筛吸附剂中图分类号：TN248．5文献标识码：A文章编号：1007—2276(2007)增(激光)．0036．03A pe r i odi caU y pul sed H F／D F gas di schar ge l as erK E C h锄g-j un，Z H A N G K|uo—hai，S U N K e，T A N R ong—qi ng，W U—Ji n，W A N G D0ng—l ei(h l sdnIt c of El∞仃oIl i cs。
C hi l Ie∞A cadem y0f Sciences，B喇i ng l O0080，chi m)A bs t r act：A per i O di c al l y pul s ed H F／D F gas di sc t Ia曙e l a se r w i m an a ct i V e m edi umV ol um e of80cm×2．5cI n×2c m i s descr i bed．A pul s e r epe t i t i on r at e of1～3H z al l d out put ene唱y of1．6(1．2)J pef pul s e haV e be en obt ai ned．A出al escent Zeol i t e-bas ed abs or ber is us ed t o st a bi l i ze tl l e l a se r pul s e ener g)r w i t h吐l ef or ced c i r cul a t i on of m e1a se r r Il i xt ure。
光电子材料
氙闪光灯
YAlO3
Er3+
－
1.66
6mm×50mm棒, 阈值52J
－
300
氙闪光灯
玻璃
Er3+
Yb
1.54
4mm×76mm棒输出0.86J（普通） 输出0.18J（Q开关）
0.1 300
氙闪光灯
YAlO3 YLiF4
Tm3+
Cr
Nd3+
－
2.35
5mm×50mm棒, 阈值110J
－
300
氙闪光灯
1.053 5mm×50mm棒, 阈值8J, 输出200mJ, 脉冲 07 300 氙闪光灯
用过渡金属离子（如Cr3+）激活的三能级激光晶体，如Cr3+：Al3 氧化物激光晶体
固体激光器材料 用稀土离子（如Nd3+） 氟化物激光晶体 激活的四能级体系 复合石榴石激光晶体 激光玻璃（钕玻璃） 色心激光晶体（如LiF，KCl） 原子气体
气体激光器材料 离子气体（氩离子、氪离子）
工
分子气体（CO2、CO、N2分子）
方向性 单色性 相干性
发射方向的空间内能量高度集中 接近单频 干涉性好
高亮度
激光的种类
五十多年来，激光器的品种迅速增加： ➢ 固体激光器 ➢ 半导体激光器 ➢ 固体激光器（半导体激光泵浦） ➢ 化学激光器（HF/DF激光、氧碘化学激光器、CO2激
光、燃料激光、氦氖激光）
➢ 自由电子激光器 ➢ x射线激光器 ➢ 准分子激光器 ➢ 金属蒸气激光器等。
ZnWO4 Y3Ga5O12 Gd3Ga5O12 Gd3Sc2Al3O12 Y3Sc2Ga3O12 Gd3Sc2Ga3O12 La3Lu2Ga3O12
准分子激光器的种类
准分子激光器的种类
随着科技的不断发展，准分子激光器已经成为多种应用领域中的重要设备。
准分子激光器是指其工作过程中会产生吸收光谱的激光器，是目前广泛应用于医疗、科学研究、军事等领域的一种典型激光器。
在实际应用中，准分子激光器有多个种类，具体如下：
（一）溅射准分子激光器
溅射准分子激光器是基于金属蒸气的产生机制来设计制造的激光器。
通过脉冲放电向金属靶子中注入高能量，形成金属离子的激发态，再通过离子化和能量释放的过程来激光辐射。
溅射准分子激光器可选用的金属靶子种类较为广泛，因此具有比较灵活的激光光谱选择能力。
（二）氩氟化物准分子激光器
氩氟化物准分子激光器又称为DF激光器，以氢氟酸（HF）的振动波长为基础产生光辐射。
这种激光器有较高的单色性和能谱选择性，可被广泛应用于研究高分辨光谱仪，超精密测量及环境监测等方面。
（三）二氧化碳准分子激光器
二氧化碳准分子激光器是一种波长长于10微米的激光器。
由于其较高的单频性和强大的激光输出，已广泛应用于研究大气化学、工业加工等领域。
（四）染料准分子激光器
染料准分子激光器是以有机染料吸收、电离、辐射放出能量来产生激
光的一种设备。
由于染料激光器的激光波长可在宽广的范围内调节，
同时也具有较高的波长可调性，被广泛应用于医疗、材料加工、科学
研究等领域。
以上是准分子激光器中的部分种类。
随着科技发展和应用领域的不断
拓展，在未来，还会有更多种类的准分子激光器涌现，给人们的工作、生活带来更多便利。
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文章编号:0258 7025(2008)07 099704用于大气吸收测量的小型电激励连续波DF /HF 选线化学激光器王红岩1 袁圣付1 李 强1 李文煜1 华卫红1 陈金宝1 胡 明2 徐吉胜2 范承玉21国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南长沙4100732中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究中心,安徽合肥230031摘要 介绍了用于大气吸收测量的电激励双模块小型连续波D F/H F 选线化学激光器,描述了其结构、运转方式和激光器的性能。
在采用一级振荡、一级输出的利特罗(L ittr ow )自准直光栅色散腔结构的前提下,激光器目前共获得17支DF 激光谱线,11支H F 激光谱线,大部分单谱线基横模输出超过1W,单次连续出光时间超过30min,功率稳定性在 5%以内。
将激光器激光光栅改装为球面腔镜后也可输出多谱线DF /H F 激光,功率水平为20W,选模后基横模输出6~8W 。
关键词 激光器;大气吸收;电激励;连续波;化学激光;单谱线中图分类号 T N 248.5 文献标识码 A doi:10.3788/CJL 20083507.0997A Discharge Driven C ontinuou s Wave Single Line DF/HF Chemical Laserfor Atmospheric Absorption MeasurementWang Hongy an 1 Yuan Shengfu 1 Li Qiang 1 Li Wenyu 1 Hua Weihong 1Chen Jinbao 1 H u M ing 2 Xu Jisheng 2 Fan Chengyu 21Col lege of Op to Electr ic Science and Eng ineer ing ,N ational Univer sity of D ef ense T echnology ,Changsha,H unan 410073,China2A tmos p her ic Op tics Resear ch Labor ator y ,A nhui I ns titute of Op tics and Fine M achanics ,Chinese A cademy of Sciences ,H ef ei,A nhui 230031,ChinaAbstract A discharg e driv en two module small scale continuous wav e (CW )DF/HF sing le line chemical laser applied to atmospher ic abso rption measur ement w as built.T he str uctur e,r unning manner,and the perfor mance o f the laser w ere described in det ail.With the first or der o scillating,f irst or der o ut put Littro w g rating dispersio n laser cav ity ,17DF lines and 11H F lines are selected.M ost o f the single lines fundamental mode output ex ceeds 1W and stabilizes in 5%sca le thr ough the 30min running time.By alter ing g rating to spherical cav ity mir ro r,20W multi line DF lasing and multi line HF lasing could be realized w ith this device,and w ith an aper ture inside the laser cav ity to discriminate the higher or der tr ansv er se modes,6~8W multi line fundamental mode lasing could be obtained.Key words laser s;atmospheric abso rptio n;dischar ge driv en;continuo us w ave;chemical laser;sing le line收稿日期:2007 05 22;收到修改稿日期:2008 01 28 基金项目:国家自然科学基金(10304025)资助项目。
作者简介:王红岩(1979!),男,讲师,主要从事电激励化学激光器方面的研究。
E mail:w hy nudtch@to 1 引 言在研究DF/H F 激光的大气传输,特别是大气对DF/H F 激光的吸收效应时,找到一种成本低、功率水平适中、能长时间出光的单谱线激光光源成为关键。
氧碘化学激光器相关的研究中,目前已多采用可调谐半导体激光器[1],但处于DF/H F 波段的全固态激光器尚不成熟。
而典型的燃烧驱动DF/H F 化学激光器大都属于高功率器件,使用成本高,单次出光时间一般仅到10s 量级,并不利于这类实验工作的开展。
相比之下,气体放电激励的连续波第35卷 第7期2008年7月中 国 激 光CHIN ESE JOU RNA L OF LA SERSVo l.35,N o.7July,2008DF/H F 化学激光器能满足这些要求,能长时间稳定出光更是一大优势。
近年来,电激励化学激光器在如泛频H F 化学激光器,全气相碘化学激光器,ElectriCOIL 等化学激光的前沿研究中发挥了重要作用[2~5]。
本实验室相继在同一台电激励化学激光器上实现了H F 激光,DF 激光,H Cl 激光,CO 2激光,并获得了单谱线H F,DF 激光激射。
在此基础上,研制了一台电激励连续波DF/H F 选线化学激光器,专用于DF/H F 激光的大气吸收测量。
2 激光器结构激光器的核心组件安装在高度可调的升降平台上,如图1所示,基本结构与文献[6~8]类似。
整个核心组件由放电管、主体、光腔和热交换管四部分组成,采用双放电管驱动,并将双主体并联,形成20cm 的增益宽度,以提高单程增益。
除核心组件外,整个激光器系统还包括高压直流电源系统、气源及流量控制系统、水冷系统以及废气排放系统。
图1电激励DF/H F 选线激光器核心组件示意图F ig.1Schematic diagr am of primary par t of dischar gedriven DF/HF sing le line laser以DF 激光为例,激光器的工作方式为:SF 6,H e,O 2的混合气进入放电管后,部分SF 6经高压直流放电被离解以产生自由F 原子;H e 用作稀释剂,同时起降低起辉电压的作用;加入的O 2用以反应掉SF 6离解过程中产生的固态S 单质,并通过置换反应SF i +O 2∀SF i-2O 2+2F (i =2,#,6)来增加F 原子的产率[7]。
含有F 原子的热气流在通过放电管的环形阴极进入主体后,与从上下两列交错排布的微孔注入的D 2气发生剧烈的抽运反应,生成激发态的DF 分子。
整个增益区宽200m m,高3m m,顺流方向的增益长度与真空系统抽速有关,典型的为几个毫米。
光腔采用外腔式,并由布儒斯特窗对主体的低压反应气流进行密封。
气瓶来的H e 气分出一路作为气幕H e,用以吹离滞留在突出的布儒斯特窗区域的基态DF 分子。
单支振转谱线的选择由利特罗(Littrow )自准直结构的光栅色散腔完成,腔长约70cm 。
对于波长为 i 的振转谱线,仅当光栅旋转到使入射角满足光栅方程2d sin i = i 时才能实现激射。
通过旋转光栅改变 i ,就可以依次选出各支振转谱线。
光栅光谱仪用以监测各支谱线的波长。
激光在热敏纸上烧蚀的图样用以指示激光模式。
所用光栅全由美国Richardson 光栅实验室刻制。
DF 波段光栅刻槽数为240g/m m,闪耀角26.743∃,闪耀波长3.879 m ;H F 波段光栅刻槽数为420g/mm,闪耀角26.45∃,闪耀波长2.15 m,虽然闪耀波长不在2.7 m 附近,但在2.5~2.9 m 区间拥有比较平坦的衍射效率曲线。
由于DF 激光光栅零级耦合输出效率太低,为了提高功率提取效率,并防止在腔内聚积起过高的功率密度,从而对光栅刻槽面造成损害,选用如图2所示的一级振荡、一级输出[9]模式。
为了加入导引光,用一块平面镜来偏折输出光束,平面镜经镀膜处理,对于45∃入射的红外光全反,对可见光则部分透过,经输出镜后表面反射并经偏折镜反射的调腔光就自然地起到了导引光的作用。
图2一级振荡、一级输出色散腔示意图F ig.2Schemat ic diag r am of g rating dispersio n cav ityco nfigurat ion for the sing le line laser针对色散腔设计了能实现光栅多维正交分离调节和锁定的手动光栅调节架,光栅的转动由差分螺杆控制,可确保小于0.1∃的光栅转动扫描精度。
曾经研究发现[10],对于流向增益长度仅在毫米量级的亚音速电激励DF/H F 化学激光器,依然存在各支谱线的最大增益位置沿流场方向不同的现象。
由于高斯基模的模体积有限,为了使模体积能有效地与各支谱线的峰值增益位置相匹配,设计了满足垂直、水平方向平移以及两维倾斜调节的四维调节架,通过微调光轴相对于D 2(H 2)喷注孔的位置,来实现各支谱线功率提取的优化。
998中 国 激 光 35卷通过插入光腔的可变光阑来限制高阶横模的振荡。
由于调准状态下的色散腔可等效为一个平凹腔,而在同样的腔长下,平凹腔比凹凹腔的基横模体积大,更有利于获得基横模输出[11]。
而增益区3m m高的通道已起到了限模的作用,因此绝大多数单谱线激光的输出均为基横模。
实验发现,光斑模式与光栅的调节有很大的关系,如果光栅色散腔偏离调准状态,会产生模畸变,使光束质量变差。
同时又提供了一种粗略的调腔方法,即通过观察光斑模式的改善状况来指导光栅的调节。
水冷系统保证对放电管及主体的冷却。
提取功率以后的废气在进入真空管前经热交换管进一步冷却,之后废气经洗消塔过滤,剩下的无害气体由真空设备直排大气。
激光器的气流量控制采用浮子流量计,带远程控制的10kV,1A高压直流数显电源用以提供电功率,整台激光器仅需一人即可完成操作。