本文回顾了CO₂激光器的发展历程,尤其是TEA CO₂激光器的研究背景、现状,并简要介绍了CO₂激光器在工业加工、医疗卫生、无线光通信和同位素分离等方面的应用。特别是红外多光子解离同位素,要提高同位素解离的选择性,需要空间上和时间上重叠性较好的双波长激光脉冲。对已见报道的多种获取双波长CO₂激光光场的方案及技术特点进行了比较和分析,设计出了一种新型的具有同空间特性的双波长可调谐TEA CO₂激光器:在长约2m的放电室的一端安装一个反射率为80%的锗镜作输出镜,在放电室的另一端安装两个衍射效率为95%的闪耀光栅,两光栅一前一后放置,离放电室较近的光栅中轴线偏离腔轴,另一个光栅中轴线与腔轴重合,两个光栅面在空间上部分交叠。 从光腔的衍射积分方程出发,建立了描述新型激光器腔内光场的数学模型,认为光腔在竖直方向等价于一个一维的平行平面腔,光场接近高斯分布,在水平方向光场分布较为复杂,根据建立的水平方向光场分布满足的衍射积分方程,运用计算机对水平方向的光场分布进行了数值计算,计算结果表明:新型TEA CO₂激光器输出光场在水平方向的空间重叠性不仅与所选支线波长差有关,而且与两个光栅的有效使用面积关系极为密切;同时两个波长不同的光场的输出能量也随所选支线和两个光栅的有效使用面积的改变而变化。计算了新型双波长可调谐TEA CO₂激光器的损耗,发现几何损耗是主要的损耗,且几何损耗随所选支线的波长差的增大而变大,总损耗较大,该激光器的光腔属高损耗腔;在此基础上估算出了一个光脉冲的能量约为3.5焦耳。 对新型激光器的输出光场的空间重叠性、能量调整特性、支线的调谐性以及激光脉冲的时间特性和腔外不同距离处的空间重叠性进行了实验研究。实验