甲醇(CH3OH)分子是常用的FIR激活介质,具有很特别的光谱特征.而小型光泵脉冲亚毫米波激光器是近年才发展起来的新技术,作者已经成功地研制出管长为10～20cm的CH3OHFIR激光器,并获得谱线.本文利用CH3OH分子能级表编制成数据库管理程序,对光泵CH3OH亚毫米波激光进行计算.代入CO2-9P(16)线振动吸收跃迁的条件及相应的亚毫米波纯转动跃迁所受的跃迁选择条件,将泵频偏限制在±0.0030cm-1范围内,可推算出,当亚毫米波波长为918μm(对应波数10.89323cm-1)时,有对应的能级跃迁:A,gr,0,0;10→co,0,0;11gr,0,1;10→gr,0,0;10泵频偏为-0.00224cm-1,其跃迁属基态反转的三能级跃迁,这种跃迁比激发态反转的三能级跃迁更不易得到,效率比较低.根据跃迁选择定则和CH3OH的分子参数,可计算出该跃迁的偶极矩阵元μ,单位体积内参与激光过程的有效分子数Nv,横向弛豫时间Ta,纵向弛豫时间Tb和起始光强Is0等参数.选定工作参数后,整个计算过程可由计算机完成.得出以下结果:1.亚毫米波激射呈现双峰形状,这是由于在强泵浦电场作用下,CH3OH分子能级出现AC-Stark分裂,从而发射出两支频率十分接近的谱线.2.随着工作气压的逐渐升高,喇曼过程的相互作用逐渐增强,亚毫米波的输出功率逐渐增加至一最大值,但随着工作气压的进一步升高,喇曼过程的竞争加强,导致输出强度较低的小峰被输出强度较大的大峰完全吸收,输出功率反而下降,其结果是AC-Stark的双峰消失,只呈现单峰形状.3.存在着一个最佳气压P(opt),在该气压下亚毫米波激光器的输出功率达到最大.实验中,当用CO29P(16)线泵浦管长为20cm,10cm的小型脉冲CH3OH分子亚毫米波激光器时,可以观察到亚毫米波谱线,当调节泵浦功率为3.0×106W/cm2,工作气压约为20Torr时,测量到波长为918μm的亚毫米波谱线.用功率计测量其单个脉冲能量约为2μJ.实验干涉图与理论计算的频谱特性图十分相似,呈明显的双峰结构,这是由于强泵浦电场作用下CH3OH能级受到单色光强扰动而产生AC-Stark分裂的结果.结果表明理论计算与实验数据一致.
甲醇(CH3OH)分子是常用的FIR激活介質,具有很特彆的光譜特徵.而小型光泵脈遲亞毫米波激光器是近年纔髮展起來的新技術,作者已經成功地研製齣管長為10～20cm的CH3OHFIR激光器,併穫得譜線.本文利用CH3OH分子能級錶編製成數據庫管理程序,對光泵CH3OH亞毫米波激光進行計算.代入CO2-9P(16)線振動吸收躍遷的條件及相應的亞毫米波純轉動躍遷所受的躍遷選擇條件,將泵頻偏限製在±0.0030cm-1範圍內,可推算齣,噹亞毫米波波長為918μm(對應波數10.89323cm-1)時,有對應的能級躍遷:A,gr,0,0;10→co,0,0;11gr,0,1;10→gr,0,0;10泵頻偏為-0.00224cm-1,其躍遷屬基態反轉的三能級躍遷,這種躍遷比激髮態反轉的三能級躍遷更不易得到,效率比較低.根據躍遷選擇定則和CH3OH的分子參數,可計算齣該躍遷的偶極矩陣元μ,單位體積內參與激光過程的有效分子數Nv,橫嚮弛豫時間Ta,縱嚮弛豫時間Tb和起始光彊Is0等參數.選定工作參數後,整箇計算過程可由計算機完成.得齣以下結果:1.亞毫米波激射呈現雙峰形狀,這是由于在彊泵浦電場作用下,CH3OH分子能級齣現AC-Stark分裂,從而髮射齣兩支頻率十分接近的譜線.2.隨著工作氣壓的逐漸升高,喇曼過程的相互作用逐漸增彊,亞毫米波的輸齣功率逐漸增加至一最大值,但隨著工作氣壓的進一步升高,喇曼過程的競爭加彊,導緻輸齣彊度較低的小峰被輸齣彊度較大的大峰完全吸收,輸齣功率反而下降,其結果是AC-Stark的雙峰消失,隻呈現單峰形狀.3.存在著一箇最佳氣壓P(opt),在該氣壓下亞毫米波激光器的輸齣功率達到最大.實驗中,噹用CO29P(16)線泵浦管長為20cm,10cm的小型脈遲CH3OH分子亞毫米波激光器時,可以觀察到亞毫米波譜線,噹調節泵浦功率為3.0×106W/cm2,工作氣壓約為20Torr時,測量到波長為918μm的亞毫米波譜線.用功率計測量其單箇脈遲能量約為2μJ.實驗榦涉圖與理論計算的頻譜特性圖十分相似,呈明顯的雙峰結構,這是由于彊泵浦電場作用下CH3OH能級受到單色光彊擾動而產生AC-Stark分裂的結果.結果錶明理論計算與實驗數據一緻.
갑순(CH3OH)분자시상용적FIR격활개질,구유흔특별적광보특정.이소형광빙맥충아호미파격광기시근년재발전기래적신기술,작자이경성공지연제출관장위10～20cm적CH3OHFIR격광기,병획득보선.본문이용CH3OH분자능급표편제성수거고관리정서,대광빙CH3OH아호미파격광진행계산.대입CO2-9P(16)선진동흡수약천적조건급상응적아호미파순전동약천소수적약천선택조건,장빙빈편한제재±0.0030cm-1범위내,가추산출,당아호미파파장위918μm(대응파수10.89323cm-1)시,유대응적능급약천:A,gr,0,0;10→co,0,0;11gr,0,1;10→gr,0,0;10빙빈편위-0.00224cm-1,기약천속기태반전적삼능급약천,저충약천비격발태반전적삼능급약천경불역득도,효솔비교저.근거약천선택정칙화CH3OH적분자삼수,가계산출해약천적우겁구진원μ,단위체적내삼여격광과정적유효분자수Nv,횡향이예시간Ta,종향이예시간Tb화기시광강Is0등삼수.선정공작삼수후,정개계산과정가유계산궤완성.득출이하결과:1.아호미파격사정현쌍봉형상,저시유우재강빙포전장작용하,CH3OH분자능급출현AC-Stark분렬,종이발사출량지빈솔십분접근적보선.2.수착공작기압적축점승고,나만과정적상호작용축점증강,아호미파적수출공솔축점증가지일최대치,단수착공작기압적진일보승고,나만과정적경쟁가강,도치수출강도교저적소봉피수출강도교대적대봉완전흡수,수출공솔반이하강,기결과시AC-Stark적쌍봉소실,지정현단봉형상.3.존재착일개최가기압P(opt),재해기압하아호미파격광기적수출공솔체도최대.실험중,당용CO29P(16)선빙포관장위20cm,10cm적소형맥충CH3OH분자아호미파격광기시,가이관찰도아호미파보선,당조절빙포공솔위3.0×106W/cm2,공작기압약위20Torr시,측량도파장위918μm적아호미파보선.용공솔계측량기단개맥충능량약위2μJ.실험간섭도여이론계산적빈보특성도십분상사,정명현적쌍봉결구,저시유우강빙포전장작용하CH3OH능급수도단색광강우동이산생AC-Stark분렬적결과.결과표명이론계산여실험수거일치.
Using the CH3OH molecular energy levels data bas e management program, it was deduced that when a CH3OH laser is pumped by CO 2-9P(16) line, there should be a FIR laser line of 918μm wavelength which ha s not been reported before, corresponding to a transition in a ground-state rev e rsed three-level energy system. The spectrum of this new line was calculated by solving the density matrix equations. Experimentally, the CH3OH FIR laser lin e of 918μm wavelength was obtained by pumping with a TEA-CO2 laser. The expe rimental results were in good agreement with the theoretical calculations.
