用于差分吸收激光雷達的小型TEA CO2激光器的實驗研究.pdf

1、用于大氣污染監(jiān)測的CO2激光差分吸收雷達，具有報警速度快、探測靈敏度高、作用距離遠、探測范圍廣等優(yōu)點，已被廣泛地研究和應(yīng)用。TEA CO2激光器工作在9～11μm的紅外波段，是運行在大氣窗口且對人眼安全的激光器，并且大部分大氣污染物的特征吸收譜線都在此波段內(nèi)。因此，TEA CO2激光器是CO2激光差分吸收雷達的理想光源和核心器件。國內(nèi)外提出了TEA CO2激光器小型化，這樣的激光器便于攜帶或安裝其它設(shè)備上。鑒于此，本文從理論上和實驗上對

2、小型TEA CO2激光器獲得穩(wěn)定輸出進行了研究。
　　理論方面，首先介紹了CO2分子的能級結(jié)構(gòu)，總結(jié)了TEA CO2激光器激發(fā)過程；接著對TEA CO2激光器的小信號增益、輸出能量、激光器效率等特性進行了研究，利用激光器的六溫度模型，模擬分析了不同條件下形成激光的輸出功率；最后歸納了TEA CO2激光器的調(diào)諧方法。
　　設(shè)計方面，首先研究了TEA CO2激光器的系統(tǒng)組成和關(guān)鍵器件的總體設(shè)計方案；其次分別對激光器的各組成部分及

3、一些重要參數(shù)進行了研究討論，為進一步的研究工作奠定基礎(chǔ)；最后研制了一臺小型TEA CO2激光器，該激光器采取第一類Ernst電極，火花陣列放電紫外預(yù)電離，激勵電源采用LC反轉(zhuǎn)電路，激光器工作介質(zhì)為CO2、N2和He的混合氣體。
　　實驗方面，首先搭建了實驗裝置；然后在自由振蕩情況下，測量了不同條件下激光輸出能量、脈沖波形和輸出光斑；最后在手動調(diào)諧的情況下，測量了TEA CO2激光器的輸出譜線，結(jié)合實驗結(jié)果對TEA CO2激光器設(shè)計