为了评估利用发散磁场构型双电层效应的紧凑式螺旋波等离子体推力器的离子加速效果, 探索了一种双向偏振态激光诱导荧光测量方法来对螺旋波等离子体源近出口端的离子速度分布函数进行测量。 实验中采用Ar作为螺旋波等离子体源工质, 中心波长为611.662 nm的激光以轴向方式注入等离子体, 以激励一价Ar离子获得波长为461.086 nm的诱导荧光光谱。 为了消除磁化等离子体中逆塞曼效应对激光诱导荧光光谱带来的分裂影响, 通过四分之一波片将入射激光分别调制为左旋和右旋圆偏振态, 并对其诱导光谱进行了分别测量, 结果发现不同磁场强度下两次测量结果的偏移值与理论高度吻合, 证明了双向偏振态激光诱导荧光测量方法的理论可行性。 进一步, 采用高斯型滤波器反卷积算法从测量光谱中去除自然展宽和能量饱和效应, 再通过对两次相反偏振态测量结果进行平移处理消除逆塞曼效应, 从而分离得到实际的多普勒效应。 测量了射频能量600 W, 不同轴向位置、 磁场大小以及气体压力下的螺旋波Ar等离子体激光诱导荧光光谱, 结果表明在该实验条件下离子并没有因双电层效应而达到期望值的加速效果, 离子速度的形成可能只是一种磁约束作用下的双极电场所导致, 并不能产生好的推力性能。

液体的可流动性为液体激光器热管理提供便利,研究液体流动状态对激光光束质量的影响对液体激光器研制具有一定的现实意义。采用Fluent软件,模拟了激光系统增益区液体介质横向流动状态。结果表明,介质流速较为均匀稳定,对于激光光束质量不会产生大的影响。实验测量了液体介质流速分别为0.48,1.51和5.39 L/min时,通过增益区的信标光(He-Ne光)相位分布,信标光的斯垂耳(Strehl)比为0.9964,0.9960及0.9936。在纵向均匀抽运条件下,粘性流动的非均匀性使得信标光的光束质量与理想流动相比略有下降,抽运功率密度为46.9 W/cm2,流速分别为0.48和5.39 L/min时信标光的Strehl比为0.9484和0.9995。当抽运功率密度升高至100 W/cm2,两种流速状态下的信标光的Strehl比为0.1051和0.9978。加快液体的流动速度可以减少因介质流速的不均匀而引起的波前畸变。

大的热折射率系数和热膨胀系数使得染料激光介质的热效应远大于固体激光介质。对抽运时间内增益区液体介质的热效应进行研究,可以为更高功率液体激光器的设计研制和光束质量控制提供参考。根据流动液体能量方程,在抽运光功率由5.9 W增加至12.4 W时,理论计算了纵向抽运时间尺度染料激光器增益区温度场分布,并给出了由温度梯度而引起的信标光波前畸变。信标光的斯特雷尔比由0.9133下降至0.6174。应用波前曲率传感原理,实验测量了染料激光介质罗丹明6 G(Rh6G)乙醇溶液的热效应,采用理论计算相同的抽运功率条件下,增益区内参考光的斯特雷尔比由0.9464下降至0.4883,光束质量下降明显。

染料激光器由于不同的抽运方式,在出光效率和最佳输出耦合率等参数上有很大的不同。根据速率方程理论,分析了铜蒸气激光器(CVL)511 nm横向抽运染料罗丹明6G(Rh6G)激光振荡器的光-光转换效率问题。得出染料对激光的自吸收损耗效应是造成横向抽运和纵向抽运两种方式光-光转换效率与输出耦合率差异的主要原因。对不同的染料Rh6G浓度和不同的输出耦合镜反射率进行横向抽运实验,得到8.2%的最高光-光转换效率。实验结果显示横向抽运时较低的Rh6G浓度可以降低染料自吸收效应对出光效率的影响。同时,最佳输出耦合镜的反射率比纵向抽运时小。