[发明专利]一种可见波段的钠原子化学激光器

说明书

技术领域

本发明涉及可见波段的钠原子化学激光输出装置，具体地说是一种可见波段的钠原子化学激光器。

背景技术

上世纪80年代，研究人员就发现亚稳态的SiO(b³П)是一种很好的储能粒子，其能量接近3.5eV，寿命在1Oms量级。实验证实SiO(b³П)可以与Tl(535nm)、Ga(417nm)、Na(569、616nm)等原子发生高效的近共振传能并将这些原子从基态激发到激发态。研究表明Na原子与SiO(b³П)的近共振传能是最容易实现且最有效的。由此形成了钠原子化学激光的概念，其最佳发光波长在569nm，属于可见波段。目前存在的化学激光都处在红外波段，因此钠原子化学激光延伸了化学激光的波长范围，也表现出了一些独特的应用前景。

SiO(b³П)是钠原子化学激光的能源。如何简单、高效地合成SiO(b³П)是目前研究的一个关键问题。通过气相单质硅原子和N₂O反应生成SiO(b³П)是目前最常用的方法。在以往的大部分研究中，气相Si原子都是通过蒸发单质Si产生的。这种方法的主要缺点是需要的温度过高(超过1600℃)，而且产生的Si原子的浓度低。少数几个研究SiO光谱的实验中，使用了不同的裂解SiH₄的方法来获取气相Si原子，其中包括直流放电解离和激波解离，这两个方法共同的问题是难于控制、产物复杂、光谱测试干扰大。

为了避免上述方法的局限，美国人J.M.Stephens通过热解SiH₄产生Si原子，建立了一种易于控制和放大的SiO(b³П)合成实验装置。但是J.M.Stephens的装置对材料要求严格，成本较高且难以实现。

发明内容

本发明在J.M.Stephens技术路线的基础上，建立了一个结构完全不同的装置，成功合成了高浓度的SiO(b³П)粒子。同时首次利用由热解硅烷得到的SiO(b³П)粒子与Na蒸汽进行了混合传能，得到了激发态钠原子。安装光学谐振腔后，可以获得可见波段(569nm)的钠原子化学激光。

本发明的主要特点是用化学的方法获得了激发态Na原子并且可以实现可见波段的钠原子化学激光。

Na原子激光器的工作原理如下：

Si(³P)+N₂O→SiO(b³П，a³∑，A¹П)+N₂       (1)

SiO(b³П)+Na(3s²S)→SiO(X¹∑⁺)+Na(4d₂D)    (2)

Na(4d²D)→Na(3p²P)+hγ(569nm)              (3)

Na(4d²D)+hv(569nm)→Na(3p²P)+2hv(569nm)    (4)

反应(1)产生了亚稳态的SiO(a³∑⁺，b³П)，该反应的量子效率很高且b³П占绝对多数。SiO(b³П)与Na原子的基态3s²S发生近共振传能将基态钠原子泵浦到4d²D能级(式2)。随后，Na(4d²D)发生自发辐射和受激辐射，发出569nm的激光(式3、4)。Na原子激光器的发光波长位于可见区域，在很多领域有着重要的应用潜力。

本发明的目的在于提供一种可见波段的钠原子化学激光器，通过该装置可以得到亚稳态储能粒子SiO(b³П)和激发态粒子Na(4d²D)，通过谐振腔振荡提取后，获得569nm激光。本发明最大的特点利用硅烷热解的方法获得了亚稳态储能粒子，并通过该储能粒子与Na原子近共振传能获得了激发态Na，产生了可见波段的钠原子化学激光。该激光器装置结构紧凑，易于实现和控制。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术路线为：