大功率半导体泵浦碱金属蒸气激光器中电离机制研究

As a potential high-power laser,diode pumped alkali metal laser（DPAL）can find a lot of perspectival application in the domain of fundmental physics 、astronautics、medicine and military, nowadays, the study of the characte- ristics of DPAL power scaling is becoming a hotspot. From the extranuclear structure, the alkali metal atom is with similar hydrogen structure，will be ionized easier，which will cause the decrease of the lasing partical number density，and even the decrease of the output power. This mission takes the high-power diode pumped rubidium vapor laser as research object，adopting the theory of physical mechanics through microcosmic to macroscopical:（1）analyzing the ionizing mechanism of the excitated state of rubidium atom，find out the main channel of ionization,founding the multi-level fine structure govern equations，studying the relation between the pumping laser and the lasing light；（2）studying the influence on the ioniztion of excitated rubidium atom with different work temperature and different species of filling gases，discussing the ways to control the ionization and increase the output power of laser；（3）developing principium experiment validate on the Ru vapor cell. The incoming results will be extended to the design and manufacture of the other high-power DPAL，will drive physical mechanics to the more expansive fields of application.

半导体泵浦碱金属蒸气激光器（DPAL）作为潜在的大功率激光光源，在基础物理、航天、医学和军事等领域有广泛的应用前景，DPAL功率放大特性是当今研究的热点。从核外电子分布看，碱金属原子具有类氢结构，较易电离，会引起激射粒子数密度的降低，使输出功率饱和甚至下降。本课题以大功率半导体泵浦铷蒸气激光器为研究对象，采用物理力学由微观到宏观的研究方法：（1）分析引起激发态铷原子电离的机制，找出主要电离通道，建立多能级精细结构速率方程，研究泵浦光与激射光之间的关系；（2）研究不同温度和不同种类填充气体对激发态铷原子电离的影响，探讨抑制电离、提高激光输出功率的途径；（3）在铷蒸气实验池上进行初步实验验证。本项目研究所得结果可推广到其它大功率DPAL的设计和研制，推动物理力学向更广阔的应用领域发展。

半导体泵浦碱金属蒸气激光器（DPAL）作为潜在的大功率激光光源，在基础物理、航天、医学和军事等领域有广泛的应用。本课题主要研究DPAL中碱金属原子发生电离的机制，找出主要电离通道；分析介质温度、填充气体对碱金属原子电离度的影响；以及DPAL中碱金属原子电离度的测量方法。研究结果表明：碱金属原子电离引起DPAL输出激光功率下降的主要原因是中性碱金属原子浓度降低；在连续泵浦和准连续泵浦条件下，DPAL的电离度分别为百分之一量级和万分之一量级均为弱等离子体；当介质流动速度达到20m/s以上，碱金属原子电离度降为十万分之一；即使碱金属原子电离度达到100%，电离产生的等离子体也不会对入射泵浦光产生影响。本课题研究结果对于大功率DPAL的设计和研制具有重要参考价值。在本项目执行期间，课题组在OL、OC等重要学术期刊发表论文6篇，SCI收录5篇，出版学术专著1本，申请发明专利3项，参加国内外学术交流活动7次，培养硕士研究生6名。