脉冲时序调制可调谐染料激光器振荡输出特性研究

论文摘要

燃烧过程复杂多变,且温度很高,因此想要获得燃烧场变化的相关信息,通常采用非接触式测量手段。平面激光诱导荧光(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)技术是一种较为典型的非接触式测量手段,是目前燃烧诊断的通用技术。高速PLIF技术适用于非稳态场,激光光源是高速PLIF技术诊断系统的核心器件。该技术要求激光光源兼顾高重频、大能量及输出波长在紫外波段一定范围内需连续可调。目前PLIF技术使用的激光光源主要是可调谐染料激光器。大能量染料激光系统通常包含振荡级、放大级和频率转换模块等几个部分,振荡级的种子光输出直接决定了整个可调谐染料激光系统的输出线宽及调谐范围等重要指标。本论文开展了脉冲时序调制可调谐染料激光器振荡输出特性研究,研究内容如下:根据燃烧过程中产生的自由基团的吸收谱线选取Rhodamine 6G甲醇溶液为激光系统增益介质,由染料分子荧光谱线初步选取谐振腔内的色散器件。从理论上论述了脉冲时序调制可调谐染料激光器工作原理,分析了腔内器件特性及调谐原理。介绍了光束质量因子基本概念及实验中采用的测量方法。分别在腔内扩束倍率为2倍、3倍和4倍的条件下,通过实验分别研究了三种情况下振荡输出能量随光栅掠入射角度的变化,确定了腔内扩束倍率。在4倍扩束时对于相同的光栅掠入射角度振荡输出能量要高于其他两种扩束倍率,具有更好的线宽压窄的效果。接着研究了1800线/mm、2400线/mm和3000线/mm光栅衍射效率对振荡输出能量的影响,确定了谐振腔内光栅元件。2400线/mm光栅闪耀波长与染料分子荧光谱线峰值波长最为接近,衍射效率最高,振荡输出能量较大。针对2400线/mm光栅具体研究了光栅掠入射角度对于振荡输出波长调谐范围及能量的影响。振荡输出波长调谐范围及能量随光栅掠入射角度的减小而增加,2400线/mm光栅在掠入射角约为87.0度时,波长可调谐范围较大,输出能量较高,线宽压窄效果较好。最后研究谐振腔的腔长对振荡输出能量及光束质量的影响。腔长变长会增加损耗,减少腔内振荡次数,应避免谐振腔过长。由不同腔长时振荡输出光束的束腰半径和发散角,得到不同腔长时的光束质量因子。腔长较短时,输出光束质量较差。结合两方面因素,确定了谐振腔的理想腔长。在此条件下,放大级输出能量6mJ,光强分布更加集中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究的背景及意义
•   1.2 可调谐染料激光技术国内外研究进展
•     1.2.1 可调谐染料激光技术国外研究进展
•     1.2.2 可调谐染料激光技术国内研究进展
•   1.3 可调谐染料激光技术国内外研究进展分析
•   1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 可调谐染料激光原理及实验装置
•   2.1 染料分子荧光光谱
•   2.2 实验设备
•     2.2.1 泵浦源
•     2.2.2 能量测量设备
•     2.2.3 CCD相机
•     2.2.4 光谱仪
•   2.3 可调谐染料激光系统
•     2.3.1 染料激光器工作原理
•     2.3.2 染料激光器振荡级
•   2.4 振荡级调谐与线宽压窄原理
•     2.4.1 棱镜扩束与色散原理
•     2.4.2 光栅调谐与线宽压窄
•     2.4.3 振荡级调谐原理
•   2.5 振荡级输出光束测量原理及方法
•     2.5.1 光束质量因子基本概念
•     2.5.2 刀口法测量原理
•   2.6 本章小结
• 第3章 谐振腔色散器件对振荡输出特性的影响
•   3.1 闪耀光栅的衍射光强度分布
•   3.2 波长与振荡输出能量的关系
•   3.3 闪耀光栅的衍射特性对振荡输出能量的影响
•     3.3.1 扩束倍率对振荡输出能量的影响
•     3.3.2 光栅刻线密度对于振荡输出特性的影响
•     3.3.3 掠入射角度对振荡输出波长调谐范围的影响
•     3.3.4 光栅掠入射角度对振荡输出能量的影响
•   3.4 本章小结
• 第4章 谐振腔长对振荡输出特性的影响
•   4.1 谐振腔腔长对振荡输出能量的影响
•   4.2 谐振腔腔长对振荡输出光束质量的影响
•     4.2.1 振荡输出光束光斑特性分析
•     4.2.2 谐振腔腔长对振荡输出光束发散角的影响
•   4.3 可调谐染料激光器的放大输出
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田鑫

导师: 董志伟

关键词: 可调谐染料激光器,振荡级,输出能量,光束质量

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TN248

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004321

总页数: 63

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