基于窄线宽泵浦碱金属蒸气激光器参数的研究

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研究中利用窄线宽碱金属激光器的原理,设计出新的实验方案并研究碱金属元素钾(K),铷(Rb),铯(Cs)等元素的出光实验。与此同时,研究碱金属激光器主要参数,温度、荧光强度、谐振腔长度、透镜聚焦度和聚焦位置等参数的变化对激光输出功率的影响。除此之外,蒸气池压强的变化会影响碱金属激光器效率的原因,对于不同压强的蒸气池进行压强测量,观察压强的变化对输出功率的影响。同时对充入氦气的蒸气池检测氦气渗漏情况。实验发现:分别对充入铯元素和压强为100 Torr、300 Torr乙烷的蒸气池得到的最高功率分别为6.68mW和31.6mW。斜率效率分别为2.7%和9.4%。发现压强的不同对斜率效率的影响很明显,也就是压强越高斜率效率也会明显增加。对充入纯铷和300 Torr乙烷的蒸气池实验得到最高功率为14.36mW,斜率效率为3.8%。对于充入铷铯混合并充入300 Torr乙烷的蒸气池中铯激光所得到的最高功率为19.7mW,斜率效率为5.46%。而铷激光所得的最高输出功率为51.61mW,斜率效率为13.7%。可知,混合铷蒸气池激光功率增加5.34mW,斜率效率提高1.66%。而对于铯元素斜率效率也有所提高,提高值为4.3%。由此推出,混合铷铯蒸气池的出光效率比单个纯铷、铯蒸气池的出光效率有一定的提高。对实验参数的研究中发现:充入压强为100 Torr乙烷的纯铯蒸气池温度在130℃时铯激光的功率最高。而300 Torr乙烷的纯铯来说铯激光功率最佳值温度为140℃。可知,高压强的温度最佳值比低压强的增加10℃左右。蒸气池300 Torr乙烷的纯铷,其功率的最好的温度是115℃。对于充入压强为300 Torr乙烷的铷铯混合(Rb:Cs=1:2)蒸气池来说,最佳温度值分别为120℃和145℃。相对于纯铷、铯的蒸气池来说,混合铷铯蒸气池激光都比纯的推后5℃左右。为了更好地比较,研究中使用两个泵浦源同时泵浦铷铯激光。结果得到合并之后的两种激光取最高功率的温度是145℃。这与单泵时的结果相同。由于合并后的功率影响,铷激光最佳温度值再高温方向推了5℃左右。当聚焦镜f=100mm、f=150mm、f=200mm时聚焦最佳位置分别为蒸气池前10mm、20mm、40mm处。谐振腔长度的研究中发现,长度为200mm时功率取最大值。对于D1、D2线的研究中发现:对于不同压强的纯铯蒸气池来说,高压强下的吸收比低压强下的强得多,不同压强的钾蒸气池中还是发现同样的现象。而不同缓冲气体的钾池中发现,充入氦气时吸收在125℃就达到最高吸收率,吸收没有再增加现象。钾铷混合池发现铷的吸收率比钾的又快又高,温度到120℃时被全吸收。但是钾的温度到130℃时才达到最高吸收率。而不同比例的铷铯混合池中,铷铯比例1:2的蒸气池温度在100℃时达到最高吸收值,但是铷铯混合比2:1的蒸气池到110℃时才能达到最高吸收值。除此之外,它们在90℃的吸收率有很明显的差别。这可能铷原子在池内所占的量不同而导致的。利用原子吸收及谱线增宽方法测量了Rb-N2(He)蒸气室中的气体压强。对Rb-N2(He)蒸气室中的气体渗漏进行了检测,实验发现:对N2气几乎观察不到明显的渗漏现象。对于Rb-He950Torr的高压蒸气室60天后的气体渗漏量为19%,渗漏比较明显。测量了223-638Torr范围Rb-N2蒸气室的5P3/2—5P1/2精细结构碰撞转移截面。结果表明,随着温度升高,碰撞转移截面值也升高,温度为50℃、60℃、70℃时,碰撞转移截面分别为(1.03±0.32)×10-16cm2、(1.36±0.38)×10-15cm2、(8.96±1.02)×10-15cm2。压强在638torr时,碰撞转移截面随着温度升高增加较快,70℃以后碰撞转移截面迅速增加。
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