第四章三固體激光器的光泵浦系統(tǒng)

第四章三固體激光器的光泵浦系統(tǒng)第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五3固體激光器的光泵浦系統(tǒng)3.1惰性氣體放電燈3.2聚光腔2第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五3.1惰性氣體燈3.1.1惰性氣體燈的結(jié)構(gòu)與分類3.1.2惰性氣體燈的放電過程3.1.3惰性氣體燈的輸出特性及效率3.1.4惰性氣體燈的技術(shù)參數(shù)及壽命3.1.5惰性氣體燈的觸發(fā)和預(yù)燃3.1.6氙燈的充放電系統(tǒng)3第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五3.1.1惰性氣體燈的結(jié)構(gòu)與分類（1）分類脈沖燈、連續(xù)燈脈沖氙燈：工作與較高電流密度下，以連續(xù)光譜為主。連續(xù)氪燈：電流密度較低，以線狀光譜為主。直管式、螺旋式4第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（2）結(jié)構(gòu)管壁電極接頭氣體5第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（2）結(jié)構(gòu)管壁石英管—— 優(yōu)點：耐高溫

耐沖擊 耐強電流：電流密度>104A/cm2

高透過率：白光的吸收系數(shù)<0.002

缺點：紫外光的高透過率，破壞工作物質(zhì)，出現(xiàn)色心。 通過在石英中摻鈰（Ce），銪（Eu）轉(zhuǎn)換紫外光可見光。

6第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（2）結(jié)構(gòu)電極材料鎢——高熔點（3640°），逸出功4.54eV釷鎢（鎢中摻入0.5~2%的氧化釷ThO2）——逸出功2.7eV形狀頭部尖銳有利于放電，單電流大時易損壞，用于連續(xù)燈。平圓頭用于脈沖燈。密封接頭過渡玻璃石英的線膨脹系數(shù)5×10－7℃－1釷鎢的線膨脹系數(shù)46×10－7℃－1焊封7第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五3.1.3惰性氣體燈的輸出特性及效率一、惰性氣體燈的輸出光譜二、影響氣體燈輸出的主要因素1.充氣種類2.充氣氣壓3.燈電流密度4.燈管內(nèi)徑5.放電寬度三、氙燈輻射光譜的擬合8第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五一、惰性氣體燈的輸出光譜氣體燈的光輻射由強烈加寬的線狀光譜和連續(xù)譜疊加而成。線狀光譜對應(yīng)于受激原子或離子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)的輻射躍遷。高溫下的碰撞，使特征譜線強烈加寬。連續(xù)譜對應(yīng)于自由電子和正離子的空間復(fù)合及電子、離子碰撞而產(chǎn)生的韌致輻射。9第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五二、影響氣體燈輸出的主要因素1.充氣種類的影響原子量大每次碰撞的平均能量轉(zhuǎn)移多。原子電離電位低，電離度大。相同氣壓和放電條件下，連續(xù)譜的成分和總輻射量高例如：Xe的原子序數(shù)54，Kr的原子序數(shù)36氙燈的連續(xù)譜和總能量高于氪燈。對于Vc＝1200V，C＝250uF，P＝600mmhg，d＝5mm，l＝70mm。氙燈與氪燈效率之比為：100/55。10第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五2.充氣氣壓影響充氣壓增高，效率提高高充氣壓不易觸發(fā)高充氣壓燈，在觸發(fā)時對燈管的沖擊大。11第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五3.燈電流密度影響燈電流密度增高線狀譜和連續(xù)譜都增加。連續(xù)譜增長比線狀譜快短波部分增長比長波快12第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五4.燈管內(nèi)徑最佳管徑（最大電光轉(zhuǎn)換率）總是對應(yīng)幾乎恒定的峰值電流密度2500A/cm2。直徑大，電弧無法充滿管徑，熱中心氣體密度低。直徑大，放電充滿橫截面時間長，對于短脈沖泵浦，未完全電離，輸入功率已經(jīng)下降，造成效率低。直徑小，管壁損失，效率降低。13第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五5.放電脈寬的影響脈沖寬度過短，大部分能量用于電離，效率低。脈沖時間過長，電流密度下降，效率降低。最佳脈寬選擇原則脈寬短，可以減少自發(fā)輻射的影響，一般脈寬小于激光介質(zhì)的熒光壽命。脈寬過長，電流密度下降，發(fā)光效率低，自發(fā)輻射嚴(yán)重。能量越大，脈寬越長，保證接近最佳電流密度。14第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五氙燈的壽命燈的失效破壞性——爆炸，破損非破壞性——輸出能量，平均功率逐步減小失效原因高溫作用內(nèi)壁熔化，蒸發(fā)，重新凝聚在管壁上，形成白色沉淀。電極濺射，在管壁形成黑色沉淀接頭裂縫，漏氣沖擊波等離子體的雪崩擴張，產(chǎn)生沖擊波，沖擊波強度正比于輸入功率，且隨燈壓增高而增大，當(dāng)沖擊波超出管壁極限時引起燈管爆炸。15第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五3.2聚光腔一、聚光腔類型二、聚光腔材料選擇三、聚光腔反射表面選擇四、聚光效率五、泵浦光在激光棒內(nèi)分布16第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五聚光腔功能保證泵浦光最大限度地為工作物質(zhì)吸收冷卻液通道燈棒等的固定場所17第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五一、聚光腔類型—橢圓柱聚光腔18第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五緊耦合非聚焦聚光腔19第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五漫反射聚光腔20第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五尖形聚光腔和V形聚光腔21第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五旋轉(zhuǎn)對稱聚光腔22第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五二、聚光腔材料選擇金屬鋁——輕型系統(tǒng)銅——熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱率高不銹鋼——不生銹，光潔度高，熱導(dǎo)率低玻璃易碎，導(dǎo)熱性差，不生銹，耐腐蝕陶瓷易碎，導(dǎo)熱性差，不生銹，耐腐蝕23第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五四、聚光效率單橢圓柱腔的聚光效率聚光效率：光學(xué)效率幾何傳輸效率光譜帶上的反射率棒和冷卻管上的反射率非反射面積比例濾光玻璃，冷卻液的吸收24第二十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五五