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研究生: 蘇郁凱
Yuh-Kae Sue
論文名稱: 大氣壓橫向放電氮氣雷射的結構最佳化研究
Study on structural optimization for the TEA N2 lasers
指導教授: 蕭憲彥
Sen-Yen Shaw
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 66
中文關鍵詞: 氮氣雷射橫向大氣壓放電行波激發
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  • 此篇論文描述一個自製的氮氣雷射系統,包含布魯林(Blumlein)泵浦系統以及觸發脈衝電路,藉由改善、調整硬體結構並在一大氣壓下使用橫向激發的方式,產生譜線位於337.1 nm的脈衝輸出。
    1963年,Heard[1]首先利用快速放電於氮氣中研究出氮氣雷射,最初因採用縱向激發的方式,輸出功率較低。1965年Leonard[2]和Gerry[3]發展出橫向激發的方式,此後各式各樣的設計紛紛出現。
    由於氮氣雷射高能階之生命期遠低於低能階的生命期,居量反轉只能於短時間維持,故為脈衝輸出。但因其瞬間增益甚高,利用脈衝放電裝置,可產生位於紫外光區,尖峰功率甚高的超短脈衝。
    製作技術方面,我們以鋁為放電電極以及儲能電容的材料,並以壓克力覆蓋其上,以構成雷射腔管,因在一大氣壓下操作,故腔管不需特別密封。火花隙方面,也以鋁及壓克力而構成,由於整體結構簡單,沒有嚴格的設計限制,在很多方面都可看見其應用。例如工程上用短脈衝雷射訊號來量測距離、半導體的超快光學研究、IC製造的光蝕刻罩膜中應用氮氣雷射做光源,拉曼光譜、光化學、高速照相術、光纖訊號量測等。醫學或是生物學上也有很多應用,例如可當作激發物質產生螢光的光源。環境保護工作中用於探測大氣污染,農業上以雷射培育農作物種子等。而由於染料雷射於紫外光區的寬廣吸收特性,故又可用於染料雷射的泵浦。
    本篇論文依序對氮氣雷射能階時率方程式、泵浦系統加以理論分析並製作雷射主體與觸發電路且針對輸出能量、脈衝寬度、輸出功率來量測。
    實驗中藉由調整各項硬體結構,以求能獲得最好的輸出能量及功率,經量測可得輸出能量約為550 uJ、脈衝寬度約為1.6 ns以及峰值功率約為340 KW的雷射。


    摘要 ……………………………………………………………………Ⅰ誌謝 ……………………………………………………………………Ⅲ目錄 ……………………………………………………………………Ⅳ圖表索引………………………………………………………………..Ⅵ第一章 緒論……………………………………………………………..1第二章 氣體放電簡介與氮氣雷射理論分析…………………………..4 2.1 氣體放電的過程與類型……………………….………...4 2.2 氮氣雷射理論分析…….............………………...9 2.2.1 居量反轉達成的條件………………………………9 2.2.2 臨界條件.………………………………………..13 2.2.3 尖峰功率…………………………….…………..18 2.2.4 脈衝寬度…………………………….…………..19 2.3 泵浦系統………………………………………………….20 2.3.1 氣體雷射的電泵浦過程……………………………20 2.3.2 布魯林(Blumlein)泵浦系統….………...…..25 第三章 實驗裝置………………………………………………………30 3.1 氣體雷射結構設計……………………………………….30 3.2 觸發脈衝電路設計……………………………………...31 3.3 量測裝置………………………………………………...32 3.4 雷射結構特性討論……………………………………...32 第四章 實驗結果…….…………………………………………………37 4.1 電極間距對雷射輸出能量的關係………………..…….37 4.2 行波激發對雷射輸出能量的關係……………………...37 4.3 輸入電壓對雷射脈衝寬度的關係……………………...38 4.4 雷射的峰值功率………………………………………...39 4.5 雷射光束品質…………………………………………...39 4.6 雷射重複率……………………………………………...39 4.7 討論……………………………………………………...40 第五章 總結…….………………………………………………………42 參考文獻………………………………………………………………..44

    1.H. G. Heard,”Ultra-violet gas laser at room temperature,”Nature.,vol200,p.667, 1963
    2.D. A. Leonard,”Saturation of the molecular nitrogen second positive laser transition, “Appl. Phys. Lett.,vol.7,p.4,1965
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    30.丁勝懋 編著,雷射工程導論,中央圖書出版社,1995

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