为了研究碱金属蒸气电离对半导体抽运碱金属激光器(DPAL)定标放大的影响, 采用适宜于短脉冲激光抽运源的光电流法来测量碱金属蒸气电离度, 并开展了铯蒸气电离度同激光抽运功率密度、碱金属池温度、抽运激光器重复频率之间关系的实验研究。结果表明, 在不考虑热效应的情况下, 即使抽运激光的功率密度高达3×108W/cm2、碱金属池温度150℃、氦气缓冲气压力9.33×104Pa条件下, 铯蒸气的电离度也仅仅达到1%左右; 在碱金属池温度从122℃升高至163℃的过程中, 相对于铯蒸气粒子数密度的显著增大, 铯蒸气电离度的变化非常小。该研究结果对于铯DPAL通过增加抽运激光功率密度和提高碱金属池温度进行定标放大具有非常积极的意义。

半导体激光抽运碱金属激光器(DPAL)具有很高的斯托克斯效率、高光束质量、近红外光谱等优异的特性,得到了广泛的关注和较快的发展。作为典型的三能级激光器, 碱金属激光器连续输出的近红外波长分别为895nm(铯), 795nm(铷), 770nm(钾)。介绍了半导体激光抽运碱金属激光器的物理机理和重要研究进展, 以及作者团队在碱金属激光器方向做的理论和实验研究情况, 讨论了该领域存在的问题和难点, 并对碱金属激光器的未来发展进行了分析和展望。

通过一种脉冲钛蓝宝石激光器抽运铷蒸汽激光器，研究了抽运铷蒸汽激光器的动力学特性。铷蒸汽泡在室温下充满70 kPa甲烷和6 atm氦气。激光器的平均输出功率为208 mW，从吸收的779.8 nm泵浦光到795 nm激光的转换效率为19%。该激光器的峰值功率为693 W，重复率为3 kHz, 脉冲宽度(FWHM)100 ns。实验表明，在高泵浦光强DPALs中，Rb-He-CH4混合物的再吸收将是一个重要的限制。可以推导出在418 K时(缓冲气体：70 kPa甲烷和6 atm氦气，室温)，泵浦源LDs的线宽为0.9 nm时，Rb-He-CH4系统的泵浦强度阈值大于200.6 kW/cm2。

实验研究了内表面未镀膜的碱金属蒸气室窗口片的标准具效应对激光输出的影响。研究结果表明：蒸气室两个内表面作为激光输出面时的光斑图样不同，且均伴随有寄生光斑; 蒸气室窗口片之间的楔角导致了寄生光斑的产生。将激光器在不同输出耦合率下阈值的实验结果和理论结果进行比较，验证了碱金属蒸气室内表面未镀膜时具有标准具效应，存在多次反射; 仅碱金属蒸气室作为输出耦合镜时,标准具效应是输出光斑的主要机制,此时获得了1.8 W的铷激光，其光光效率为10.2%，斜率效率为15.8%。

弹道导弹和巡航导弹是高技术战争中的主要威胁, 对弹道导弹最有效的防御是助推段拦截。首先总结了美国机载激光计划失败的原因和经验教训, 然后评述和分析了无人机载激光**反导的概念、优势、研究计划和现状, 以及存在的问题和面临的挑战。最后, 讨论和分析了用于助推段拦截的二极管抽运碱金属激光器和相干合成光纤激光器的原理、特点、最新进展和技术挑战。

短蒸气室自加热碱金属激光器的原理是利用未被增益介质吸收的抽运光加热碱金属蒸气室。基于三能级速率方程, 建立了半导体激光双端抽运碱金属激光器的理论模型, 研究了增益介质长度、蒸气室温度和抽运源线宽等参数对短蒸气室自加热碱金属激光器输出激光的影响。研究结果表明, 在普通外腔半导体激光器抽运下, 增益介质长度为2 mm时可以实现瓦级激光输出, 选择较高的抽运光功率可提高自加热碱金属激光器的输出功率。该研究结果将为自加热碱金属激光器的实验提供理论基础, 并可进一步拓展小功率碱金属激光器的应用领域。

烷烃类气体中的碳原子是碱金属激光器中碳粒沉积的唯一来源，因此对碱金属蒸气室内的烷烃气体气压进行高精度无干扰探测有助于定量分析碳粒沉积问题。采用傅里叶变换红外光谱技术，选择主峰右翼的吸收峰（3.369 μm）作为特征峰，对甲烷气压进行了定量分析，并分析了蒸气室倾斜对测量精度的影响。实验结果表明，对纯甲烷以及甲烷和氦气配比1∶3时的气体，该方法对甲烷气压的测量最大偏差分别为0.055 kPa和0.057 kPa；当蒸气室倾斜角度大于0.0035 rad时，测量偏差将高于0.075%。该定量分析甲烷气压方法的测量精度满足碱金属激光器碳粒沉积问题表征的需求，将为碱金属激光器碳粒沉积机理研究提供参考。

半导体激光器抽运碱金属激光器（DPAL）是近年来发展迅速的新型激光光源。DPAL的主振荡功率放大（MOPA）系统是实现DPAL高功率化的最理想工程手段之一。相对于传统激光器，DPAL的吸收和发射线宽非常窄，因此种子光的线宽是影响DPAL-MOPA输出特性的重要参数之一。建立端面抽运DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型，在计算步骤中考虑了种子光线宽与发射截面的波谱分布，详细计算和分析了种子光线宽对DPAL-MOPA系统的输出功率、输出线宽、提取效率、增益系数和抽运吸收等特性的影响，有助于将来定标放大高功率DPAL系统的构建。

基于四能级受激准分子宽带泵浦碱金属激光器（XPAL）的工作机理建立了连续波半导体激光器泵浦的四能级XPAL理论模型,该模型基于速率方程,考虑泵浦光线宽与伴峰吸收线宽,采用迭代算法求解,主要用于分析半导体激光器连续泵浦四能级XPAL系统的泵浦阈值特性。讨论了温度、蒸气室长度、泵浦光线宽、输出耦合率和惰性气体粒子数密度对泵浦阈值的影响,结果表明激光器存在一个最佳温度可以使泵浦阈值达到最小,且在最佳温度附近较大范围内泵浦阈值不会有较大变化。除此之外,对蒸气室长度、输出耦合率、泵浦光线宽和惰性气体粒子数密度的分析表明,相较于惰性气体粒子数密度,其他参数的变化对泵浦阈值的影响较小。而较高的惰性气体粒子数密度可以有效提升增益介质对泵浦光的吸收从而降低阈值。

简要概述了半导体激光器抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)的研究背景与独特优势，介绍了DPAL 主振荡功率放大器(MOPA)在国内外的发展现状。构建了基于碱金属原子三能级受激吸收-受激辐射理论的端面抽运DPALMOPA系统的速率方程模型并进行了系统的理论计算，分析了DPAL-MOPA 的输出功率和提取效率随蒸气池温度、蒸气池长度、抽运功率和抽运光束的束腰半径的变化特性。与已发表的实验结果对比后发现，理论计算结果和实验数据十分吻合，验证了该理论模型的有效性。该研究对构建定标放大的DPAL系统具有理论指导意义。