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TEA CO2激光器工作在9-11μm波段,处于大气窗口,可以广泛应用远距离测污,泵浦远红外激光器以及工业加工等领域。尤其小型可调谐TEA CO2激光器体积小重量轻,可用于多种工作场所,是远距离测污雷达的理想光源。采用CO2同位素作为激光器的工作物质能够大大扩展激光器的光谱范围,当同位素TEA CO2激光器用于测污雷达时,具有两个优越性:1、同位素CO2激光器扩展了CO2激光器的输出波长范围,从而大大增加了可探测物质种类;2、同位素CO2激光的中心谱线偏离12C16O2的中心谱线位置,减少了激光器输出谱线在大气中传输时由于大气中的12C16O2造成的衰减,可以大大增加测污雷达的测量距离。基于这一背景,本论文主要从理论和实验两方面对小型可调谐TEA13C16O2激光器进行了研究。本文的理论计算主要从两个方面研究了TEA13C16O2激光器的输出特性:1、采用离散变量表象(DVR)方法计算了12C16O2分子与13C16O2分子的振转能级,0001-1000与0001-0200量子跃迁谱线位置与相应自发辐射系数,并根据自发辐射系数计算了不同激光谱线的小信号增益系数。通过对比可以发现对于12C16O2分子,0001-1000波段的小信号增益与0001-0200波段的小信号增益相差不大,而对于13C16O2分子,0001-1000波段的小信号增益大约是0001-0200波段的小信号增益的两倍。2、应用增益开关六温度方法计算了小型TEA 13C16O2激光器的腔内光强变化,激光输出脉冲波形,反转粒子数密度。分析了在不同工作气压,气体温度,非解离系数及电子泵浦密度条件下的TEA13C16O2激光器的脉冲能量变化趋势。本文的实验研究由两个阶段构成,1、由于激光器能量输出水平影响小型可调谐TEA CO2激光器输出谱线支数,本文通过增大激活体积,改变激励电路,改变峰值电容与储能电容的容量,改变工作气压,添加附加气体这几种方式来提高激光器输出。在峰值电容为5.4nf,储能电容为24.3nf时,选用工作气压为85.3kPa,配气比为CO2: N2: He=1: 1: 3的混合气体,获得最高输出能量540mJ。峰值电容为2.28nf,储能电容为13.5nf时,选用工作气压为66.6kPa,配气比为CO2: N2: He=1: 1: 3的混合气体,在最高输出能量约为409mJ时,测得四个波段共69条谱线输出。研究了附加气体H2与Xe对TEA CO2激光器输出的影响,发现加入适量的H2可以使激光器输出能量获得增加,当加入Xe气时,激光器输出能量未获得改善。2、在第一阶段的实验基础上,选择峰值电容为2.28nf,储能电容为13.5nf,进行同位素TEA 13C16O2激光器的输出实验研究,在64kPa气压下获得了最高约357mJ的能量输出与51支谱线输出。研究了附加气体H2对TEA 13C16O2激光器输出特性的影响,在气体配比13C16O2: N2: He=1: 1: 3+1% H2时,在80kPa的工作气压下,获得最高输出能量为407mJ,输出谱线57条,使激光器输出能量与输出谱线均获得增加。