双光子吸收泵浦碱金属蒸气激光理论建模与特性研究
发布时间：2021-02-07 23:51
半导体泵浦的碱金属蒸气激光器（Diode-pumped alkali vapor laser,DPAL）具有量子效率高,光束质量好和具备高功率输出潜力等优点,近年来得到了大力发展。与此同时,双光子吸收泵浦的碱金属蒸气激光器（Two-photon excitation of alkali vapor laser,TPEAL）因具有蓝光和中红外光多波段同轴输出的优势以及优越的物理特性也引起越来越多研究人员的关注。碱金属原子借助于中间能级（nP）或者是虚能级通过双光子吸收的方式跃迁到高能级(nS1/2?n,n+1D),然后由放大自发辐射触发的四波混频效应实现中红外和蓝光波段激光同步输出。TPEAL中的四波混频过程逐步应用在光子存储,量子记忆及量子计算等方面,未来有望在红外制导、红外探测和激光水下通信等领域取得应用。目前,国内外开展了大量探索性的研究,但由于TPEAL过程相对于普通四波混频的特殊性,理论上对其泵浦阈值,吸收截面等工作特性的系统研究屈指可数,极大制约了TPEAL的发展。鉴于此,本文采用理论建模,数值仿真与实验数据验证和分析相结合的方法,对双光子吸收泵浦碱金属...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.3 本文主要研究内容及结构
第2章 碱金属原子基本性质及关键参量
2.1 碱金属原子基本性质
2.1.1 铷原子和铯原子的物理性质
2.1.2 能级结构
2.2 碱金属蒸气的双光子泵浦方式
2.2.1 单波长泵浦
2.2.2 双波长泵浦
2.3 TPEAL建模中的关键参量
2.3.1 能级寿命
2.3.2 三阶极化率
2.3.3 超精细相对强度
2.4 本章小结
第3章 双光子吸收泵浦碱金属蒸气激光理论建模
3.1 TPEAL耦合波理论
3.1.1 耦合波方程
3.1.2 放大自发辐射理论
3.1.3 小信号模型
3.1.4 小信号模型求解
3.2 中红外和蓝光的特性研究
3.2.1 中红外光特性研究
3.2.1.1 双光子吸收模型
3.2.1.2 中红外光特性
3.2.1.3 四波混频中红外光的传输特性
3.3 四波混频蓝光的特性
3.3.1 四波混频蓝光转化效率
3.3.2 四波混频蓝光的传输特性
3.4 本章小结
第4章 碱金属蒸气吸收特性建模及分析
4.1 铷原子双光子吸收特性建模及分析
4.1.1 双光子吸收模型及吸收截面定义
4.1.2 双光子吸收截面理论分析
4.1.2.1 未考虑超精细能级结构
4.1.2.2 超精细能级结构
4.1.2.3 双光子吸收过程分析
4.1.3 单波长泵浦的吸收模型验证
4.2 铯原子吸收截面特性
4.2.1 铯原子吸收截面
4.2.2 吸收截面特性分析
4.2.3 模型间的对比分析
4.2.4 双波长泵浦吸收截面模型及分析
4.2.4.1 双波长泵浦吸收截面模型
4.2.4.2 双波长泵浦吸收截面分析
4.3 本章小结
第5章 泵浦阈值及相位匹配特性研究
5.1 单波长泵浦阈值模型
5.1.1 单波长泵浦过程分析
5.1.2 阈值模型建立
5.1.3 泵浦阈值模型验证
1/2-7D3/2能级跃迁"> 5.1.3.1 6S1/2-7D3/2能级跃迁
1/2-7D5/2能级跃迁"> 5.1.3.2 6S1/2-7D5/2能级跃迁
1/2-6D3/2,5/2能级跃迁"> 5.1.3.3 6S1/2-6D3/2,5/2能级跃迁
5.2 泵浦阈值主要影响因素分析
5.2.1 温度对泵浦阈值的影响
5.2.2 泵浦光频移量对阈值的影响
5.2.3 泵浦上能级选择对阈值的影响
5.3 双波长泵浦阈值模型
5.3.1 双波长泵浦阈值模型建立
5.3.2 双波长泵浦阈值模型验证
5.3.3 双波长泵浦阈值模型特性分析
5.4 非共线相位匹配
5.4.1 图形法描述
5.4.2 非共线相位匹配分析
5.5 共线相位匹配
5.5.1 线性折射率匹配情况分析
5.5.2 折射率非线性项的共线相位匹配
5.5.3 共线相位匹配的分析
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文主要完成工作
6.2 论文创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3023026
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.3 本文主要研究内容及结构
第2章 碱金属原子基本性质及关键参量
2.1 碱金属原子基本性质
2.1.1 铷原子和铯原子的物理性质
2.1.2 能级结构
2.2 碱金属蒸气的双光子泵浦方式
2.2.1 单波长泵浦
2.2.2 双波长泵浦
2.3 TPEAL建模中的关键参量
2.3.1 能级寿命
2.3.2 三阶极化率
2.3.3 超精细相对强度
2.4 本章小结
第3章 双光子吸收泵浦碱金属蒸气激光理论建模
3.1 TPEAL耦合波理论
3.1.1 耦合波方程
3.1.2 放大自发辐射理论
3.1.3 小信号模型
3.1.4 小信号模型求解
3.2 中红外和蓝光的特性研究
3.2.1 中红外光特性研究
3.2.1.1 双光子吸收模型
3.2.1.2 中红外光特性
3.2.1.3 四波混频中红外光的传输特性
3.3 四波混频蓝光的特性
3.3.1 四波混频蓝光转化效率
3.3.2 四波混频蓝光的传输特性
3.4 本章小结
第4章 碱金属蒸气吸收特性建模及分析
4.1 铷原子双光子吸收特性建模及分析
4.1.1 双光子吸收模型及吸收截面定义
4.1.2 双光子吸收截面理论分析
4.1.2.1 未考虑超精细能级结构
4.1.2.2 超精细能级结构
4.1.2.3 双光子吸收过程分析
4.1.3 单波长泵浦的吸收模型验证
4.2 铯原子吸收截面特性
4.2.1 铯原子吸收截面
4.2.2 吸收截面特性分析
4.2.3 模型间的对比分析
4.2.4 双波长泵浦吸收截面模型及分析
4.2.4.1 双波长泵浦吸收截面模型
4.2.4.2 双波长泵浦吸收截面分析
4.3 本章小结
第5章 泵浦阈值及相位匹配特性研究
5.1 单波长泵浦阈值模型
5.1.1 单波长泵浦过程分析
5.1.2 阈值模型建立
5.1.3 泵浦阈值模型验证
1/2-7D3/2能级跃迁"> 5.1.3.1 6S1/2-7D3/2能级跃迁
1/2-7D5/2能级跃迁"> 5.1.3.2 6S1/2-7D5/2能级跃迁
1/2-6D3/2,5/2能级跃迁"> 5.1.3.3 6S1/2-6D3/2,5/2能级跃迁
5.2 泵浦阈值主要影响因素分析
5.2.1 温度对泵浦阈值的影响
5.2.2 泵浦光频移量对阈值的影响
5.2.3 泵浦上能级选择对阈值的影响
5.3 双波长泵浦阈值模型
5.3.1 双波长泵浦阈值模型建立
5.3.2 双波长泵浦阈值模型验证
5.3.3 双波长泵浦阈值模型特性分析
5.4 非共线相位匹配
5.4.1 图形法描述
5.4.2 非共线相位匹配分析
5.5 共线相位匹配
5.5.1 线性折射率匹配情况分析
5.5.2 折射率非线性项的共线相位匹配
5.5.3 共线相位匹配的分析
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文主要完成工作
6.2 论文创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3023026
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3023026.html
