分析了TEA CO2激光器和差分吸收雷达的工作原理,研制了一种新型双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器.详细分析了折叠腔TEA CO2激光器的结构及其设计特点.对影响气体快放电过程的各种因素,如储能电容与峰值电容的比值、工作气压、充放电电感及输入电压的范围等进行了实验研究,确定了充放电谐振回路的最佳参数,实现了双通道的稳定辉光放电.对激光器输出能量与激励电压、混合气体工作气压等参数的关系进行了实验研究,得到最大输出能量约为722 mJ.

设计了一种新型结构的激光器——双通道放电激励折叠腔TEA CO₂激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积，更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小，重量轻，输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线，获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线，发现脉冲宽度大约在50～70ns之间变化，研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。

为扩展可调谐TEA CO2激光器的输出波长范围,增加差分吸收雷达可探测的物质种类,采用13C16O2代替激光器工作气体中的CO2成分。计算了TEA13C16O2激光器在Ⅰ波段两个分支上的小信号增益系数分布。利用平面光栅单色仪,在小型快调谐TEA13C16O2激光器的Ⅰ波段共测到了32条谱线的能量输出,输出范围为10.663～11.347 μm。与采用普通CO2作为工作气体的情况相比,激光器谱线输出范围在长波长方向上有很大扩展,输出的最长波长由CO2的10.74 μm增大到11.347 μm。测得TEA13C16O2激光器的最高输出能量为107 mJ,并给出了Ⅰ波段典型谱线脉冲的半峰全宽。

谐波振子数学模型是TEACO2激光振动动力学的一种表述,它是对复杂温度模型的一种简化.以四个特征变量表征CO2的三个振动态和N2分子的振动态的能量变化,把激光腔内输出光强、光通量、气体温度与四个特征变量随时间变化率相联系,建立数学方程.改变激光器各种参量,可计算得到其对脉冲波形的影响.由激光光强,可求得激光输出功率和能量,为激光器的优化设计提供重要的理论依据.经过实验验证,理论计算值与实验结果基本相符.

利用衍射光栅方程,分析可见光谱区标准光源的特征谱线的多级衍射特征,对标准光源的多级衍射进行计算机模拟计算,确定其多级衍射光强分布.测量汞灯特征谱线和He-Ne激光谱线的多级衍射谱分布,确定多级衍射谱的各级级次.对所得数据处理,做出拟合曲线,以多项式拟合方法求得拟合方程.以连续CO2激光器输出激光进行检测,同时以谱线分析仪监测,经过测量其波长,验证红外光栅单色仪定标准确.

报道了两种快速调谐技术的研究--6面转镜+固定光栅法和高频步进电机驱动光栅法.实验表明,高频步进电机法优于转镜法.实验得到激光器的一级调谐输出谱线50余条,激光输出能量(30～100)mJ.在单台CO2激光器上实现快速调谐输出波长不同的激光脉冲,其时间间隔达到≤10ms.

报道了小型TEA CO2激光器的自动调谐系统。采用单片机作为调谐触发控制系统的核心,通过软件编程 实现了激光自动快速调谐输出。调谐触发控制器检测红外光电传感器,精确定位衍射光栅的初始位置。实现了在≤10 ms时间内快速调谐输出两种不同波长激光。瀲光波长再现性达到0.1 nm~0.5 nm。

利用国产尺寸为7 mm×8 mm×12 mm的AgGaSe2晶体,实现了可调谐TEA CO2 激光的倍频,得到了CO2激光10.6 μm和9.6 μm谱带的21条谱线的倍频光。最大的倍频输出能量达到1.32 mJ[10P(16)]。在10P(18) 谱线处获得的最大能量转换效率为4%。

利用国产的、尺寸为7 mm×8 mm×12 mm的AgGaSe2晶体,实现了可调谐TEA CO2激光的二次谐波产生,得到了CO2激光10.6μm和9.6 μm谱带的12条谱线的二次谐波.最大的二次谐波输出能量达到1.32 mJ[10P(16)谱线].在10P(18)谱线处获得的最大能量转换效率为4%.

综述了激光倍频技术的发展,并对TEA CO2激光器倍频技术进行了较为详细的分析。给出了3~5μm激光的应用领域。