胡 志，王又青，刘 顺，卢丽娟，李 波

(华中科技大学光学与电子信息学院激光加工国家工程研究中心，武汉430074)

引 言

脉冲横向激励大气压(transversely excited atmospheric，TEA)CO2激光器中存在着 CO2，N2，He 以及由CO2分解出来的CO，各种气体的碰撞激发和弛豫过程相当复杂，激光输出功率与各种碰撞和弛豫密切相关。目前已经有多种方法被用来研究CO2激光器的动态特性和输出参量。其中包括RUDOLPH和HARENDT等人针对CO2激光器的不同激励方式给出了不同的电子密度方程［1］。SMITH和THOMSON将振动模式作为简谐振子的六温度模型［2］。华中科技大学LU和WANG等人研究了双波长可调谐TEA CO2激光器的脉冲输出特性［3］。中国科学院电子研究所 DING和WAN研究了脉冲CO2激光器的多频动力学模型［4］。然而关于脉冲TEA CO2激光器输出与激光器工作气体配比、抽运电子密度、激光器腔长的关系还不明确。本文中将在六温度模型的基础上，结合激光器内光强与输出功率的控制方程，对脉冲TEA CO2激光器进行理论分析和数值模拟，并与实验对比，验证所得结论。

1 理论模型

1．1 模型假设和CO2激光器的能级原理图

六温度模型由1组描述CO2，N2和CO分子振动能级密度随时间变化的非线性微分方程组成。该模型比较全面地反映了激光器工作气体中不同分子振动模式间的能量转移过程［5-7］。模型运用在以下假设条件下:(1)每个振动模式由其玻尔兹曼平衡温度来表示;(2)受激辐射只发生在10P(20)谱线，即(0001，19)→(1000，20)能级之间(10.6μm);(3)在谐振腔内沿着气体流体方向，气体压强作为常量，没有损耗;(4)考虑CO2分子的分解影响，本文中假设为某个分解比例;(5)各能级的弛豫时间与混合气体种类、气体温度以及气体压强有关。……