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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蘇郁凱
研究生(外文):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
論文名稱(外文):Study on structural optimization for the TEA N2 lasers
指導教授:蕭憲彥
指導教授(外文):Sen-Yen Shaw
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
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。
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
3.E. T. Gerry ,”Pulsed-molecular-nitrogen laser theory,”Appl. Phys. Lett.,vol.10,p.6, 1965
4.J. D. Shipman, Jr.,”Traveling wave excitation of high power gas lasers” Appl. Phys. Lett.,vol.10,p.3,1967
5.A. Svedberg, L. Hogberg, R. Nilsson,”Observation of superradiant laser action in spark discharges in air at atmospheric pressure,” Appl. Phys. Lett.,vol.12,p.102, 1968
6.H. Strohwald, H. Salzmann,”Picosecond uv laser pulses from gas discharge in pure nitrogen at pressue up to 6 atm,” Appl. Phys. Lett.,vol.28,p.272,1976
7.V. Hasson, D. Preussler, J. Klimek, H. M. von Bergmann,”Transverse double-discharge high-pressure glow excitation of uv lasing action in molecular nitrogen,” Appl. Phys. Lett.,vol.25,p.654,1974
8.H. M. von Bergmann, V. Hasson, D. Preussler,”Pulsed corona excitation of high-power uv nitrogen lasers at pressures of 0-3 bar,” Appl. Phys. Lett.,vol.27, p.553,1975
9.V. Hasson, H. M. von Bergmann,”High pressure glow discharges for nanosecond excitation of gas lasers and low inductance switching applications,”J. Phys. E,vol.9, p.73,1976
10.V. Hasson, H. M. von Bergmann, D. Preussler,”Effective glow discharge excitation of nitrogen lasers at gas pressures ranging from 0 to 5 bar,” Appl. Phys. Lett.,vol.28,p.17,1976
11.H. M. von Bergmann, V. Hasson, J. Brink,”Traveling-wave corona excitation of high-power uv nitrogen lasers operating at gas pressures ranging from 0 to 3 bar,”J. Appl. Phys., vol.47,p.4532,1976
12.E. E. Bergmann,”UV TEA laser with 760-Torr N2,” Appl. Phys. Lett.,vol.28,p.84, 1976
13.H. M. von Bergmann, A. J. Penderis,”Miniaturized atmospheric pressure nitrogen laser,”J. Phys. E,vol.10,p.602,1977
14.S. Sumida, M. Obara, T. Fujioka,”Intense 3371-A laser emission from a fast Blumlein discharge excited N2/F2 mixture,” Appl. Phys. Lett.,vol.34,p.31,1979
15.G. C. Thomas, G. Chakrapani,”Coherent radiation from a nitrogen laser,”Appl. Phys. Lett.,vol.30,p.663,1977
16.E. E. Bergmann,”Coherent uv from a TEA N2 laser system,”Appl. Phys. Lett.,vol. 31,p.661,1977
17.A. J. Schwab, F. W. Hollinger,”Compact high-power N2 laser:circuit theory and design,”IEEE J. Quantum Electron,vol.12,p.183,1976
18.A. W. Ali,”A study of the nitrogen laser power density and some design consideration,”Appl. Opti.,vol.8,p.993,1969
19.P. Persephonis, B. Giannetas, J. Parthenios, C. Georgiades, A. Ioannou, ”Capacitance allocation and its role in the performance of doubling-circuit pulsed gas lasers:its application to the N2 laser,” IEEE J. Quantum Electron,vol.29,p.2371,1993
20.A. V. Martinez, V. Aboites,”High-efficiency low-pressure Blumlein nitrogen laser, “IEEE J. Quantum Electron,vol.29,p.2364,1993
21.M. G. Meisel, H. Langhoff,”Homogeneous High-pressure gas gischarge using semiconductor electrodes,”Appl. Phys.,vol.64,p.41,1997
22.P. Richter, J. D. Kimel, G. C. Moulton,”Pulsed uv nitrogen laser:dynamical behavior,”Appl. Opti.,vol.15,p.756,1976
23.W. G. Wagner, B. A. Lengel,”Evolution of the giant pulse in a laser,”J. Phys. Phys.,vol.34,p.2040,1963
24.B. E. A.Saleh and Malvin Carl Teich,Fundamentals of Photonics,John Wiley &Son,1991
25.C. S. Willett,Introduction to Gas Laser:Population Inversion Mechanisms
26.Y. P. Raizer,Gas Discharge Physics
27.B. E. Cherrington,Gas Electronics and Gas Lasers,Oxford,1979
28.鄭宇峰,橫向大氣壓放電氮氣雷射特性研究,清華大學碩士論文,民國91年
29.李宗昇,大氣壓橫向激發式氮氣雷射,清華大學碩士論文,民國72年
30.丁勝懋 編著,雷射工程導論,中央圖書出版社,1995
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