光泵碱金属蒸气激光的动力学和特性研究

光泵碱金属蒸气激光是兼有固体和气体激光优点的新型激光器件，能输出具有高光束质量的高效高功率近红外激光，在激光冷却、定向能量传输和材料处理等方面有广泛的应用前景，对这类激光进行深入的机理和特性研究无疑具有重要的学术和应用价值。. 本项目理论上建立起各自的物理模型来完整描述二极管激光泵浦的銫和铷蒸气激光的动力学过程和激光机制，结合实验参量，数值求解该模型获得銫和铷蒸气激光相关能级粒子数密度和腔内外光子数密度在连续和脉冲泵浦光场下的变化规律，研究泵浦光和谐振腔等参量对激光输出特性的影响机制，阐明该类激光的粒子数反转机制和激光发射过程。实验上设计一套完整的实验方案，采用多种抽运耦合方式和谐振腔结构，系统研究二极管激光泵浦銫和铷蒸气激光的输出特性，包括各工作参量（缓冲气压和组分、温度、泵浦光和谐振腔参数等）与激光功率和效率的关系，以期获得一组优化运转参量，实现该类激光的高效稳定运转。

光泵碱金属蒸气激光作为一种兼有固体和气体激光优点的新型激光器件，具有量子效率高、热效应小和光束质量高等特点，对其激光动力学和输出特性进行深入研究具有重要的学术和应用价值。本项目在国家自然科学基金的资助下，按项目研究计划开展了以下几个方面的研究工作并取得一些创新成果：建立了各自的物理模型计算分析了光泵铯蒸气激光和二极管泵浦铷蒸气激光的动力学过程和输出特性，得到了与实验基本一致的模拟结果。给出了二极管端面泵浦碱金属蒸气激光的热传导模型，数值分析了不同端面泵浦方式下碱金属池中的空间温度分布及其梯度和热透镜焦距随工作参量的变化关系，指出在高功率泵浦时合理选择工作参量能有效降低热效应。设计了基于DPAL（Diode pumped alkali vapor lasers）的MOPA系统，建立了一个物理模型描述了该类MOPA系统的动力学机制和激光放大过程，模拟结果得到了实验验证。搭建了半导体激光泵浦铷蒸气激光的实验装置，实验研究了泵浦光中心波长、功率和铷蒸气密度与吸收系数和795nm ASE强度的关系，实现了795nm的铷激光振荡。