【摘 要】
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近年来,利用强激光泵浦空气介质产生空气激光是原子分子光物理领域内的一个研究热点,而背向放大的空气激光因为具有检测便利性,在大气遥感和环境监测等领域具有重要的潜在应用价值。目前实验上基于氧分子泵浦解离产生的氧原子系统,实现了空气激光的背向辐射放大探测和研究。而影响背向辐射产生的相关物理机制和物理参数等,还有待开展进一步的理论研究工作。本论文将基于半经典的Maxwell-Bloch方程,探索和研究强激
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近年来,利用强激光泵浦空气介质产生空气激光是原子分子光物理领域内的一个研究热点,而背向放大的空气激光因为具有检测便利性,在大气遥感和环境监测等领域具有重要的潜在应用价值。目前实验上基于氧分子泵浦解离产生的氧原子系统,实现了空气激光的背向辐射放大探测和研究。而影响背向辐射产生的相关物理机制和物理参数等,还有待开展进一步的理论研究工作。本论文将基于半经典的Maxwell-Bloch方程,探索和研究强激光泵浦氧原子系统的正向背向辐射放大中的基本物理过程。论文将从以下四个章节进行论述:第一章梳理了原子分子光辐射过程的基本理论背景,包括基本的光辐射类型,合作自发辐射的全量子和半经典理论等。第二章基于二能级赝自旋模型,讨论了粒子数密度n、增益介质长度L、种子光时间延迟和布居反转程度等对多原子系统正向和背向辐射过程的影响。第三章对氧原子强激光泵浦时的845 nm正负向辐射放大过程开展了系统的模拟研究。通过对粒子数、弛豫过程和泵浦光类型等参量调控,得到了可以实现氧原子长距离背向激光的基本条件:增益长度短,粒子数密度小以及碰撞退相干小。若想实现长距离的背向放大,必须通过计算得到合适的粒子数密度和碰撞退相干率,但总体来说这两个参数要适当地小。第四章进行了总结和展望。本文的研究结论,将对空气激光的背向探测提供重要的理论支持,并为其他类型的激光光源的实现以及各种光学探测手段的发展提供可能。
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