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本文从半经典密度矩阵理论出发,建立了光泵亚毫米波谱线竞争的双三能级分子系统模型,推导了泵浦信号吸收系数以及亚毫米波信号增益系数的数学表达式;导出了当泵浦激光谱线具有洛仑兹线型函数结构(压力增宽)时,泵浦信号的吸收系数以及亚毫米波信号增益系数,完善了原有的三能级理论模型,使其更接近实际情况;采用迭代法数值计算了在CO2-9P(32)泵浦下,重水气体分子亚毫米波激光66μm和116μm两条谱线的竞争情况,比较了不同工作条件(泵浦功率、工作气压、激光腔长)对谱线竞争的影响,并分析了泵浦激光谱线线型因素的影响。
对于光泵超辐射和腔式亚毫米波激光来说,一般情况下,由于多Raman过程相互增强效应的作用,66μm谱线在竞争中强于116μm谱线;两谱线输出之间的差距随工作条件的不同而有所变化。在考虑了泵浦激光的线型因素后,66μm谱线在竞争中明显占据上风。谱线竞争的规律与已有文献报道的结果符合得更好。
本文的研究成果丰富了光泵亚毫米波激光理论,有助于加深理解光泵重水亚毫米波激光器的物理机制,进一步推动亚毫米波的实际应用。