激光同位素分离之激光染料激射寿命的实验研究

论文摘要

染料激光器是激光同位素分离(Atomic Vapor Laser Isotope Separation,AVLIS)的关键设备,其性能好坏直接影响到AVLIS的经济性和可靠性。激光染料的光化学稳定性是染料激光器的重要技术指标。建立染料光化学稳定性的评价机制,分析激光功率、脉冲重复频率、温度、辅助化学试剂等因素对于染料光化学稳定性的影响,探索改善染料溶液光化学稳定性的方法对AVLIS的发展具有重要意义。本文研究工作主要围绕强激光泵浦下染料的激射寿命测试展开。在对染料以及光致荧光理论知识分析和讨论的基础上,提出了一种新的测试液体激光染料激射寿命的方法。该方法使用波长为532 nm的Nd:YAG脉冲激光器作为泵浦光来模拟染料激光器中的泵浦条件,用波长相同的低功率连续激光作为监测染料分子在泵浦光作用下失效速率的手段,利用半导体制冷器件、PID温控仪和水浴槽实现了液体染料的恒温控制。设计并搭建了实验装置,使用该装置测量了四种若丹明类染料在不同实验条件下的激射寿命,根据实验结果总结了实验规律,并做了相应的分析说明。这些实验是对AVLIS中激光染料实际工作状态的小型化模拟性实验,所得结果对于染料激光器在AVLIS中的应用具有指导意义。通过实验发现,泵浦激光的平均功率密度、温度对染料的激射寿命有不同程度的影响。总结了染料激射寿命随激光功率密度和温度变化的实验规律。通过实验还测试了三重态猝灭剂对染料激射寿命的影响,发现了两种可以有效改善染料激射寿命的三重态猝灭剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 激光同位素分离概述
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 AVLIS 介绍
• 1.2.2 AVLIS 中的染料激光器
• 1.3 课题的提出
• 1.4 课题研究方法
• 1.5 研究的主要内容
• 第2章 染料激光器及激光染料简介
• 2.1 染料激光器
• 2.2 激光染料简介
• 2.2.1 染料定义
• 2.2.2 激光染料
• 2.2.3 激光染料的分类
• 2.3 染料分子的能级结构
• 2.4 激光诱导染料荧光机理
• 2.4.1 荧光的产生
• 2.4.2 染料荧光量子效率的影响因素
• 2.4.3 荧光的激发光谱和发射光谱
• 2.4.4 荧光强度与溶液浓度的关系
• 2.4.5 染料荧光强度的影响因素
• 2.4.6 溶液荧光的猝灭
• 2.5 染料激光系统的动力学模型
• 2.6 激光染料的光化学稳定性
• 第3章 实验原理及实验装置
• 3.1 实验原理
• 3.1.1 液体激光染料的激射寿命
• 3.1.2 液体激光染料激射寿命的测试方法
• 3.2 测量实验装置的设计
• 3.2.1 染料泡和水浴槽
• 3.2.2 恒温控制系统
• 3.2.3 双激光光路系统
• 3.2.4 荧光信号数据采集和记录系统
• 3.2.5 光纤输入端的荧光聚光器
• 3.2.6 实验装置
• 3.3 实验条件和实验程序
• 3.3.1 染料溶液浓度
• 3.3.2 染料溶液低浓度的界定方法
• 3.3.3 染料溶液的配置和使用
• 3.3.4 荧光信号数据的修正方法
• 3.4 小结
• 第4章 液体激光染料激射寿命实验测试
• 4.1 研究对象
• 4.2 激光功率密度与染料激射寿命关系的实验研究
• 4.2.1 激光功率密度与若丹明6G 激射寿命的关系
• 4.2.2 激光功率密度与若丹明B 激射寿命的关系
• 4.2.3 激光功率密度与若丹明101 激射寿命的关系
• 4.2.4 激光功率密度与硫化若丹明B 激射寿命的关系
• 4.3 温度对染料激射寿命影响的实验研究
• 4.3.1 温度对若丹明6G 激射寿命的影响
• 4.3.2 温度对若丹明B 激射寿命的影响
• 4.3.3 温度对若丹明101 激射寿命的影响
• 4.3.4 温度对硫化若丹明B 激射寿命的影响
• 4.4 三重态猝灭剂对染料激射寿命影响的实验研究
• 4.4.1 三重态猝灭剂
• 4.4.2 三重态猝灭剂对染料激射寿命的影响
• 第5章 结论
• 5.1 论文研究工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果