光泵脉冲THz气体激光速率方程理论研究

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高重复频率脉冲THz激光器可应用于高速THz成像、THz激光雷达、医疗诊断及其他领域。本文参考国内外对光泵气体激光器相关研究,计算了脉冲光泵CH3F气体分子产生THz激光输出的动力学过程。  研究了长对称陀螺CH3F气体分子振动及转动能级结构,对所要研究的振动量子数ν=0的基态振动态和ν=1的较低的激发态振动态的转动能级间的跃迁进行了详细分析,建立了CH3F气体分子能级跃迁三能级系统理论模型。在理论上分析了脉冲激光泵浦情况下THz激光器的动力学过程,在分析的基础上按照典型激光器速率方程理论给出此三能级模型速率方程,  以自行研制的高重复频率、脉冲宽度可调的电光调Q/腔倒空射频波导CO2激光器做为泵浦源,设计了光泵高重频THz激光器,其谐振腔采用网栅-反射镜式F-P腔结构,计算了腔内光子寿命。  运用四阶龙格库塔法求解了建立的三能级速率方程,对高斯型脉冲、矩形长短脉冲及周期性方波光泵浦过程进行了求解,得到了电光调Q/腔倒空射频波导CO2激光谱线光泵CH3F气体过程中各能级粒子数随时间变化关系曲线、反转粒子数随时间变化关系曲线及THz激光脉冲波形。同时在此基础上研究了泵浦光脉冲宽度、峰值功率、脉冲波形等参数对THz激光输出的影响。理论研究结果对激光器设计具有指导作用。
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